Astronomy LettersAstronomy LettersПисьма в Астрономический журнал: Астрономия и космическая астрофизика0320-01083034-5812The Russian Academy of Sciences69202710.31857/S0320010825040026ArticlesСтатьиResearch ArticleOSOBENNOSTI PROTsESSA USKORENIYa ChASTITs MEKhANIZMOM FERMI NA KRIVOLINEYNYKh FRONTAKh UDARNYKh VOLNОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА УСКОРЕНИЯ ЧАСТИЦ МЕХАНИЗМОМ ФЕРМИ НА КРИВОЛИНЕЙНЫХ ФРОНТАХ УДАРНЫХ ВОЛНKropotinaYu. A.КропотинаЮ. А.juliett.k@gmail.comBykovA. M.БыковА. М.email@example.comФизико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН15042025514VOL 51, NO4 (2025)ТОМ 51, №4 (2025)17818804102025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://snv63.ru/0320-0108/article/view/692027

Представлены результаты кинетического моделирования ускорения заряженных ионов механизмом Ферми 1-го порядка на криволинейном фронте ударной волны, выполненного с гибридным кодом particle-in-cell. На примере глобальной модели головной ударной волны магнитосферы Земли исследована эффективность инжекции частиц в процесс ускорения Ферми в зависимости от их прицельного параметра. Показано, что ускорение Ферми и формирование предвестника ударной волны происходит только на квазипродольных участках фронта. При этом частицы могут инжектироваться и приобретать начальную энергию на квазипоперечных участках фронта посредством механизма дрейфового ускорения, а затем попадать в область ускорения. Надтепловые частицы, образовавшиеся вблизи квазипродольных участков фронта, могут впоследствии распространяться вдоль фронта на квазипоперечные участки. Доля частиц, инжектированных в процесс ускорения вблизи подсолнечной точки головной ударной волны магнитосферы Земли, достигает 20%. Модель позволяет выявить особенности процесса ускорения Ферми на криволинейных ударных волнах, существенные для применения к астрофизическим ударным волнам различных масштабов.

Представлены результаты кинетического моделирования ускорения заряженных ионов механизмом Ферми 1-го порядка на криволинейном фронте ударной волны, выполненного с гибридным кодом particle-in-cell. На примере глобальной модели головной ударной волны магнитосферы Земли исследована эффективность инжекции частиц в процесс ускорения Ферми в зависимости от их прицельного параметра. Показано, что ускорение Ферми и формирование предвестника ударной волны происходит только на квазипродольных участках фронта. При этом частицы могут инжектироваться и приобретать начальную энергию на квазипоперечных участках фронта посредством механизма дрейфового ускорения, а затем попадать в область ускорения. Надтепловые частицы, образовавшиеся вблизи квазипродольных участков фронта, могут впоследствии распространяться вдоль фронта на квазипоперечные участки. Доля частиц, инжектированных в процесс ускорения вблизи подсолнечной точки головной ударной волны магнитосферы Земли, достигает 20%. Модель позволяет выявить особенности процесса ускорения Ферми на криволинейных ударных волнах, существенные для применения к астрофизическим ударным волнам различных масштабов.

ускорение частицударные волнысолнечный ветерИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РНФ 25-72-20007). Моделирование осуществлялось с использованием ресурсов суперкомпьютерного центра Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (scc.spbstu.ru), а также с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова (Воеводин и др., 2019).Агаронян и др. (F. Aharonian, R. Yang, and E. de Ona Wilhelmi), Nature Astron. 3, 561 (2019).Аксфорд и др. (W.I. Axford, E. Leer, G. Skadron), Proc. 15th ICRC(Plovdiv) 11, 132 (1977)Арзуманян и др. (Z. Arzoumanian, D.F. Chernoff, and J.M. Cordes), Astrophys. J. 568 289 (2002).Арьемьев и др. (A.V. Artemyev, V. Angelopoulos, and J.M. McTiernan), J. Geophys. Res.: Space Phys. 123, Iss. 12, 9955 (2018).Бадмаев и др. (D.V. Badmaev, A.M. Bykov, and M.E. Kalyashova), MNRAS 517, 2818 (2022)Бадмаев и др. (D.V. Badmaev, A.M. Bykov, and M.E. Kalyashova), MNRAS 527, 3749 (2024).Белл (A.R. Bell), MNRAS 182, 147 (1978).Беляев и др. (M.A. Belyaev, D.J. Larson, B.I. Cohen, and S.E. Clark), Phys. Plasmas 31, 012902 (2024).Берджесс и др. (D. Burgess, E. Mo¨bius, and M. Scholer), Space Sci. Rev. 173, 5 (2012).Бережко Е.Г., Танеев С.Н., Космич. исслед. 29, 582 (1991).Бережко и др. (E.G. Berezhko, S.N. Taneev, and K.J. Trattner), J. Geophys. Res. 116, Iss. A7, A07102 (2011).Блендфорд, Острайкер (R.D. Blandford and J.P. Ostriker), Astrophys. J. 221, L29 (1978).Бунеман и др. (O. Buneman, T. Neubert, and K. Nishikawa), IEEE Transact. Plasma Sci. 20, 810 (1992).Быков и др. (A.M. Bykov, A.E. Petrov, A.M. Krassilchtchikov, K.P. Levenfish, S.M. Osipov, and G.G. Pavlov), Astrophys. J. Lett. 876, L8 (2019).Быков и др. (A.M. Bykov, A.E. Petrov, G.A. Ponomaryov, M. Falanga, and K.P. Levenfish), Adv. Space Res. 74, 4276 (2024).Воеводин и др. (V. Voevodin, A. Antonov, D. Nikitenko, P. Shvets, S. Sobolev, I. Sidorov, K. Stefanov, Vad. Voevodin, and S. Zhumatiy), Supercomputing Frontiers and Innovations 6, 4 (2019).Каприоли, Спитковский (D. Caprioli and A. Spitkovsky), Astrophys. J. 794, 47 (2014).Каприоли и др. (D. Caprioli, A.-R. Pop, and A. Spitkovsky), Astrophys. J. (Lett.) 798, L28 (2015).Карпентер, Андерсон (D.L. Carpenter and R.R. Anderson), J. Geophys. Res. 97, A2, 1097 (1992).Кропотина и др. (J. Kropotina, A. Bykov, A. Krassilchtchikov, and K. Levenfish), Commun. Comput. Inf. Sci. 965, 242 (2019).Кропотина и др. (J.A. Kropotina, L. Webster, A.V. Artemyev, A.M. Bykov, D.L. Vainchtein, and I.Y. Vasko), Astrophys. J. 913, 142 (2021).Кропотина и др. (J.A. Kropotina, A.A. Petrukovich, O.M. Chugunova, and A.M. Bykov), MNRAS 524, 2934 (2023).Крымский Г.Ф., Докл. АН СССР 234(6), 1306 (1977).Ли (M.A. Lee), J. Geophys. Res. 87, A7, 5063 (1982).Лин (Y. Lin), J. Geophys. Res. 108, A11, 1390 (2003).Мейер и др. (D.M.A. Meyer, J. Mackey, N. Langer, V.V. Gvaramadze, A. Mignone, R.G. Izzard, and L. Kaper), MNRAS 444, 2754 (2014).Огино, Уолкер (T. Ogino and R.J. Walker), J. Geophys. Res. 91, 5624 (1985).Омиди и др. (N. Omidi, X. Blanco-Cano, C.T. Russell, and H. Karimabadi), Adv. Space Res. 33, 1996 (2004).Оруза и др. (L. Orusa, D. Caprioli, L. Sironi, and A. Spitkovsky), eprint arXiv:2507.13436 (2025).Рассел, Хоппе (C.T. Russell and M.M. Hoppe), Space Sci. Rev. 34, 155 (1983).Сандберг и др. (T. Sundberg, C.T. Haynes, D. Burgess, and C.X. Mazelle), Astrophys. J. 820, 21 (2016).Свифт (D.W. Swift), J. Comput. Phys. 126, 109 (1996).Турк и др. (L. Turc, D. Fontaine, P. Savoini, and R. Modolo), J. Geophys. Res. Space Phys. 120, 6133 (2015).Ха и др. (J.H. Ha, D. Ryu, H. Kang, and A.J. van Marle), Astrophys. J. 864, 105 (2018).Хануш и др. (A. Hanusch, T.V. Liseykina, and M. Malkov), Astrophys. J. 872, 108 (2019).Эллисон и др. (D.C. Ellison, E. Mobius, and G. Paschmann), Astrophys. J. 352, 376 (1990).