Repository logo

Browsing by Author "Bohdan, Artem"

  • Thumbnail Image
    Item
    Electron injection at high mach number non-relativistic perpendicular shocks
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017) Bohdan, Artem; Niemiec, Jacek
    Powszechnie uważa się, że galaktyczny składnik promieniowania kosmicznego jest produkowany w falach uderzeniowych pozostałości po wybuchach supernowych. Paradygmat ten przyjmuje, że cząstki promieniowania kosmicznego przyspieszane są˛ w procesie dyfuzyjnej akceleracji na frontach fal uderzeniowych (Diffusive Shock Acceleration, DSA). Aby uczestniczyć w procesie DSA, cząstki muszą jednak wcześniej zostać przyspieszone do relatywistycznych energii. Jest to tak zwany problem injekcji (wrzucania) cząstek do procesów przyspieszania na szokach. Ten trudny problem w teorii DSA stanowi jedno z wciąż nierozwiązanych zagadnień. Przedmiotem badań przedstawionych w niniejszej pracy są˛ mechanizmy wrzucania elektronów w nierelatywistycznych prostopadłych szokach o dużej liczbie Macha, z zastosowaniem do szoków młodych pozostałości po supernowych. Badania prowadzone są˛ za pomocą˛ dwuwymiarowych kinetycznych symulacji numerycznych typu Particle-In-Cell (PIC) i dotyczą˛ nieliniowej struktury szoków oraz procesów wrzucania elektronów w plazmie o niskiej i umiarkowanej temperaturze (parametr beta dla plazmy βe = 5 _ 10-4 i βe = 0:5), dla różnych orientacji średniego prostopadłego pola magnetycznego względem płaszczyzny symulacji (kąty φ = 0o;45o and 90o). Odbicie jonów od fali uderzeniowej prowadzi do powstania włóknistej struktury pola magnetycznego w prekursorze fali, będącej wynikiem niestabilności Weibla, oraz wzbudzenia elektrostatycznych modów bunemanowskich w stopce szoku. We wszystkich badanych przypadkach elektrony zostają silnie przyspieszone w stopce szoku wskutek tzw. procesu serfowania na szoku (Shock- Surfing Acceleration, SSA). Efektywność tego mechanizmu, jak i następujących po nim procesów przyspieszania, silnie zależy od orientacji średniego pola magnetycznego. Dla konfiguracji z polem prostopadłym do płaszczyzny symulacji (φ = 90o) frakcja nietermicznych elektronów jest znacznie większa niż dla innych orientacji. Szoki w plazmie o umiarkowanej temperaturze wrzucaja˛ elektrony efektywniej. Dla kątów φ = 0o oraz 45o obserwuje się w prekursorze zjawisko spontanicznej turbulentnej rekoneksji magnetycznej, które umożliwia dodatkowe przyspieszanie elektronów do wysokich energii. Badania efektywności występowania rekoneksji magnetycznej wykazują silną zależność tempa produkcji wirów magnetycznych od temperatury plazmy przed szokiem. Tempo to także zmienia się w badanym zakresie parametrów numerycznych, takich jak wielkość zredukowanej masy jonów oraz orientacja średniego pola magnetycznego. Wyznaczone rozkłady energetyczne elektronów są˛ poddane szczegółowej analizie. Uzyskane wyniki omawiane są w kontekście Na podstawie uzyskanych wyników wnioskuje się także o naturze badanych procesów w pełni trójwymiarowych układach.