ИСТИНА

Бесстолкновительные ударные волны являются естественными источниками высокоэнергичных частиц, однако конкретный механизм ускорения тепловых электронов до сверхтепловых энергий до сих пор остается неясным. Проблема, в частности, заключается в том, что классический диффузионный механизм ускорения частиц (Diffusive Shock Acceleration) становится эффективным лишь на энергиях существенно превышающих характерные тепловые энергии частиц в невозмущенном потоке пламы, в области перед ударной волной. Недавние исследования показали, однако, что механизм стохастического ускорения (Stochastic Shock Drift Acceleration; SSDA) потенциально может решить эту проблему, так как позволяет “предускорять” тепловые частицы до необходимых надтепловых энергий [1]. В рамках данного механизма, электроны временно удерживаются вблизи фронта ударной волны за счет отражения от градинета магнитного поля на рампе ударной волны и последующего рассеяния мелкомасштабной волновой турбулентностью в области перед ударной волной. Спутниковые наблюдения последних десятилетий надежно установили, что электростатические флуктуации вносят доминирующий вклад в высокочастотную (>100 Гц) волновую активность на околоземной ударной волне [2]. Однако, вопрос эффективности рассеяния тепловых и сверхтепловых электронов данными флуктуациями до настоящего времени не рассматривался количественно. В рамках данной работы, был проведен количественный анализ рассеяния тепловых и сверхтепловых электронов уеденными электростатическими волнами, так называемыми ионными дырами, которые, согласно последним спутниковым наблюдениям [3], составляют значительную часть электростатических флуктуаций на головной ударной волне магнитосферы Земли. Используя детально разработанные методы квазилинейной теории, мы получили оценки квазилинейных коэффициентов питч-угловой диффузии и провели их сравнение с результатами численных расчетов методом тестовых частиц (test-particle simulations). Установлено, что квазилинейные оценки питч-угловой диффузии тепловых и сверхтепловых электронов хорошо согласуются с результатами численных расчетов в широком диапазоне параметров электростатической трубулентности, характерном для околоземной ударной волны. Используя полученные оценки квазилинейных коэффициентов диффузии получены оценки максимальной энергиии, до которой могут быть ускорены электроны по механизму SSDA. Показно, что электростатические флуктуации могут приводить к ускорению электронов от тепловых энергий порядка 10 эВ до сверхтепловых энергий порядка нескольких сотен эВ. Обсуждаются приложения данного результата для астрофизических ударных волн.