Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Mechanizmy przyspieszania cząstek w relatywistycznych falach uderzeniowych Jacek Niemiec Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Mechanizmy przyspieszania cząstek w relatywistycznych falach uderzeniowych Jacek Niemiec Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków."— Zapis prezentacji:

1 Mechanizmy przyspieszania cząstek w relatywistycznych falach uderzeniowych Jacek Niemiec Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków

2 Fale uderzeniowe w obiektach astronomicznych syn 0.5 – 0.6 = 2 syn – 4.2 obserwowane promieniowanie (synchrotronowe, ) dowodzi istnienia wysokoenergetycznych cząstek – procesów przyspieszania Cyg A – gorące plamy (szoki rel.) Supernowa Keplera – szok nierel. Błyski Gamma – wewnętrzne i zewnętrze szoki rel. Krab – szok terminalny wiatru z pulsara (rel.)

3 1 2 Struktura MHD fali uderzeniowej w plazmie bezzderzeniowej (terminologia) 1 = 0 o – szok równoległy 1 0 o – szok skośny powierzchnia nieciągłości – szok warstwa przejściowa o grubości D~r g ion,th w której zachodzą procesy dyssypatywne wskutek oddziaływań kolektywnych w plazmie (symulacje PIC) - tylko składowe styczne do powierzchni szoku są wzmacniane

4 Przyspieszanie na szokach – proces Fermiego I rzędu dyfuzja cząstek – elastyczne rozpraszanie na statycznych niejednorodnościach pola magnetycznego przyrost energii cząstekadwekcję z pobliża szoku charakter generowanego widma określony przez formacja potęgowego widma cząstek dla szoków nierelatywistycznych (N(E) ~ E -, = -2 ) E/E ~ (u 1 -u 2 )/v p r g (E) » r g ion, th (przybliżenie cząstek próbnych, )

5 Proces Fermiego I rzędu Nierelatywistyczne fale uderzeniowe dyfuzyjny (w przestrzeni położeń) charakter ruchu przyspieszanych cząstek w pobliżu fali izotropowy rozkład czynnik kompresji indeks widmowy nie zależy w szczególności od: - charakteru turbulencji - prędkości fali uderzeniowej ( u 1 ) - orientacji jednorodnej składowej pola magnetycznego ( 1 )

6 Proces Fermiego I rzędu Nierelatywistyczne fale uderzeniowe dyfuzyjny (w przestrzeni położeń) charakter ruchu przyspieszanych cząstek w pobliżu fali izotropowy rozkład czynnik kompresji materia nierelatywistyczna (silny szok): R = 4 = 4 wartość zbliżona do dla Galaktycznych promieni kosmicznych

7 1 2 lub anizotropia cząstek w szoku: znaczny wpływ warunków w szoku na kształt generowanego widma cząstek Proces Fermiego I rzędu Relatywistyczne fale uderzeniowe t1t1 t0t0

8 1 2 Podświetlne i nadświetlne fale uderzeniowe u B,1 < c podświetlne możliwe odbicia cząstek od szoku płaskie widma ( 3)

9 1 2 Podświetlne i nadświetlne fale uderzeniowe u B,1 > c nadświetlne tylko transmisja 1 2 dla B « B 0 log n(E) log E rozkład za szokiem (superadiabatyczna kompresja rozkładu) rozkład przed szokiem Dryf E x B Begelman & Kirk 1990

10 1 2 Podświetlne i nadświetlne fale uderzeniowe u B,1 > c nadświetlne tylko transmisja 1 2 dla B « B 0 dla B B 0 możliwość formowania widm potęgowych; indeks widmowy silnie zależy od warunków fizycznych w szoku (np. u 1, 1, B )

11 Bednarz & Ostrowski (1998) czynnik Lorentza szoku σ Ultrarelatywistyczne fale uderzeniowe prawie zawsze nadświetlne szoki dla 1 » 1 czy istnieje asympotyczny indeks widmowy? = 4.2 ( = 2.2) Achterberg, Bednarz, Gallant, Guthmann Kirk, Ostrowski, Pelletier, Vietri, et al. Dla skośnych szoków: wymaga istnienia silnej turbulencji za szokiem... Ostrowski & Bednarz (2002)...ale również przed szokiem – warunek niefizyczny! JN, Ostrowski (2006, & Pohl 2006) = 2.2 zgodność z widmem synchrotronowych elektronów obserwowanych w poświatach błysków gamma

12 u B,1 ~1.4c indeks widmowy nie dąży do asymptotycznej wartości dla dużych czynników Lorentza 1 JN, Ostrowski (2004, 2006; & Pohl 2006) Realistyczne modele procesu Fermiego I rzędu (symulacje Monte Carlo) k res 2 / r g (E)

13 Proces Fermiego I rzędu w szokach relatywistycznych - wnioski proces Fermiego nie jest efektywnym mechanizmem produkcji wysokoenergetycznych cząstek – warunki w szokach nie pozwalają na generację potęgowych widm cząstek w szerokim zakresie energii

14 Proces Fermiego I rzędu w szokach relatywistycznych - wnioski proces Fermiego nie jest efektywnym mechanizmem produkcji wysokoenergetycznych cząstek – warunki w szokach nie pozwalają na generację potęgowych widm cząstek w szerokim zakresie energii r g ( E cutoff ) < ( E res,max ) lub E cutoff ~ 1 m i c 2 Cyg A – Stawarz et al. (2007) > 5 Chandra & VLA

15 Proces Fermiego I rzędu w szokach relatywistycznych - wnioski proces Fermiego nie jest efektywnym mechanizmem produkcji wysokoenergetycznych cząstek – warunki w szokach nie pozwalają na generację potęgowych widm cząstek w szerokim zakresie energii proces ten nie może więc być źródłem promieni kosmicznych wysokich energii istniejące modele teoretyczne wyjaśniają wiele cech procesów przyspieszania, lecz nie dają możliwości realistycznego modelowania konkretnych obiektów astronomicznych wyniki obserwacyjne odgrywają podstawową rolę dla rozwoju teorii postęp wymaga zastosowania w pełni samouzgodnionego, kinetycznego opisu nieliniowego układu jaki stanowi fala uderzeniowa

16 Procesy mikrofizyczne w szokach – generacja pola magnetycznego i niedyfuzyjne przyspieszanie cząstek obecność anizotropowego rozkładu cząstek plazmy (n.p. w trakcie kolizji relatywistycznych wiązek) prowadzi do niestabilności dwustrumieniowej (Weibla) generowane pole magnetyczne związane jest z wytworzoną włóknistą strukturą prądów przyspieszanie elektronów na froncie warstwy przejściowej (fali uderzeniowej) elektrony jony JzJz D = 2.7 v z Hedadal at al (symulacje PIC)

17 Szoki prostopadłe w silnym polu magnetycznym Amato & Arons 2006 (symulacje PIC, plazma e + - e - - p) relatywistyczne jony ośrodka obracają się wokół linii sił pola magnetycznego za frontem fali utworzonej w przez pary e + - e - generowane przez jony fale cyklotronowe są rezonansowo absorbowane przez pary, które w ten sposób zostają przyspieszone do energii relatywistycznych jonów procesy przyspieszania towarzyszące formacji szoków mogą wyjaśnić obserwowane własności terminalnych szoków w wiatrach pulsarów czy poświat błysków (operują one poniżej skali, dla której możliwe jest zachodzenie pr. Ferm.) = 2.2

18 Proces Fermiego II rzędu w relatywistycznych falach uderzeniowych stochastyczne przyspieszanie cząstek – rezonansowe oddziaływanie z turbulencją Alfvenowską E/E ~ ( V A /v p ) 2 za frontem relatywistycznego szoku występuje silnie turbulentne pole magnetyczne: V A ~ c proces przyspieszania może być bardzo wydajny – możliwe płaskie widma cząstek ( 3 ) i generacja cząstek o bardzo wysokich energiach Dermer & Humi 2001, Virtanen & Vainio 2005

19 Procesy niestandardowe – przyspieszanie związane z wielokrotną konwersją stanu ładunkowego cząstek w pobliżu relatywistycznej fali uderzeniowej Derishev et al konwersja ładunku pozwala na izotropizację rozkładu cząstek przed szokiem – przyrost energii rzędu 2 w oddziaływaniu z falą przed szokiem za szokiem cząstka naładowana cząstka neutralna nukleony pary


Pobierz ppt "Mechanizmy przyspieszania cząstek w relatywistycznych falach uderzeniowych Jacek Niemiec Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków."

Podobne prezentacje


Reklamy Google