Particle acceleration in relativistic astrophysical sources - Institut d'Astrophysique de Paris Access content directly
Theses Year : 2022

Particle acceleration in relativistic astrophysical sources

Accélération de particules dans les sources astrophysiques relativistes

Virginia Bresci

Abstract

Acceleration and dissipation in relativistic astrophysical sources It is generally accepted that the observed radiation from high-energy, powerful astrophysical sources fundamentally derives from the dissipation of the energy carried by an outflow into a population of accelerated particles. The work conducted in this PhD has focused on two generic mechanisms: particle acceleration at shock fronts and particle acceleration in turbulent plasmas, in the relativistic regime. To do so, we have conducted large-scale particle-in-cell (PIC) numerical simulations, which we have combined with analytical developments. In a first part, we have determined the saturation mechanism of the electromagnetic instability that governs the physics of weakly magnetised relativistic shocks. In a second part, we have tested against kinetic simulations a recent model of non-resonant particle acceleration in magnetized turbulence. Finally, in a last part, we have studied the interaction of a relativistic magnetised shock with a turbulent flow; we demonstrate, in particular, that this interaction can revive particle acceleration in a regime of magnetization in which shock acceleration was thought to be inefficient.
Selon le paradigme usuel, le rayonnement non-thermique issu des sources astrophysiques de haute énergie résulte in fine de la dissipation d’un réservoir d’énergie en un gaz de particules accélérées. L’étude menée dans le cadre de ma thèse a porté sur deux mécanismes génériques : l’accélération de particules autour de fronts d’ondes de choc et l’accélération de particules dans les plasmas turbulents, dans le régime relativiste. À cette fin, nous avons conduit des simulations numériques particle-in-cell (PIC) à grande échelle, en parallèle de développements analytiques. Dans une première partie, nous avons déterminé le mécanisme de saturation de l’instabilité électromagnétique qui gouverne la physique des chocs relativistes, faiblement magnétisés. Dans une deuxième partie, nous avons testé à l’aide de simulations cinétiques un modèle récent d’accélération non-résonante dans une turbulence magnétisée. Enfin, dans une dernière partie, nous avons étudié l’interaction d’un choc magnétisé relativiste avec un plasma turbulent ; cela nous a notamment permis de montrer que cette interaction peut donner lieu à l’accélération de particules dans un régime de magnétisation dans lequel l’accélération autour d’ondes de choc semblait auparavant inefficace.
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Dates and versions

tel-03827837 , version 1 (24-10-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03827837 , version 1

Cite

Virginia Bresci. Particle acceleration in relativistic astrophysical sources. Astrophysics [astro-ph]. Sorbonne Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022SORUS216⟩. ⟨tel-03827837⟩
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