В работе исследуется вопрос об установлении равновесия температур Te /Ti между ионами и электронами за фронтом бесстолкновительных ударных волн. Рассматривается аналитическая модель установления равновесия температур в рамках двухжидкостной магнитной гидродинамики. С помощью численного кинетического моделирования particle-in-cell (PIC) кодом SMILEI определяется отношение температур Te /Ti для физических условий в скоплениях галактик, а также ограничивается область чисел Маха Ms<2, в которой применима аналитическая модель нагрева электронов. Кинетическое моделирование для квазиперпендикулярных и квазипараллельных ударных волн показало возникновение нададиабатического нагрева электронов засчёт коллективных эффектов при Ms>3. Было показано, что в слабых ударных волнах с Ms<3 не происходит ускорения электронов, таким образом требуется развивать методы оценки чисел Маха ударных волнах наблюдаемых в радиодиапазоне. Полученные результаты могут использоваться для восстановления параметров ударных волн в скоплениях галактик из данных наблюдений, а также для задания уравнения состояния электронной жидкости в гибридных PIC-кодах.

This thesis aims to investigate the established electron-ion temperature ratio Te/Ti in the downstream of collisionless shocks. By the means of fully kinetic particle-in-cell (PIC) simulations with SMILEI code, the Te /Ti ratio was obtained from the first principles. Both quasi-parallel and quasi-perpendicular shock geometries were considered. The results on the Te /Ti ratio also put constraints on the sonic Mach numbers M s<2 where the two-fluid magnetohydrodynamic analytical model can be applied. Kinetic simulations for the physical conditions specific for the merging galaxy clusters have revealed substantial electron heating over the adiabatic prediction due to the collective effects. It was also shown that there is no effective electron acceleration in weak shocks with Mach numbers Ms<3. This follows that the Mach numbers obtained for radio-relics can be underestimated. The results for the Te/Ti ratio can be applied to define the properties of cosmological shock waves in merging galaxy clusters. Another direct application is setting the temperature of electron fluid in hybrid PIC codes.

• Введение
• Глава 1. Бесстолкновительные ударные волны и нагрев электронов
  • Основные параметры, характеризующие ударную волну
    • Условия на разрыве
  • Наблюдения бесстолкновительных ударных волн в астрофизических объектах
    • Слияния скоплений галактик
  • Температура электронов за фронтом ударной волны
    • Равновесие температур электронов и ионов
• Глава 2. Кинетическое численное моделирование бесстолкновительных ударных волн
  • Численное моделирование бесстолкновительных ударных волн
  • Схема кинетического моделирования и PIC-код SMILEI
    • Метод частиц в ячейках
    • Нормировки физических единиц
    • Параллельные вычисления
  • Моделирование ударных волн в замагниченной плазме
• Глава 3. Ударные волны с низкими числами Маха в горячей плазме
  • Нагрев электронов при слиянии скоплений галактик
  • Ускорение электронов в слабых ударных волнах
• Заключение
• Список литературы
• Приложение 1: Таблица отношения температур