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Teilchenbeschleunigung an ultrarelativistischen Stoßfronten und Gamma-Ray Bursts

Guthmann, Axel Winfried

English Title: Particle acceleration at ultrarelativistic shocks and Gamma-Ray Bursts

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PDF, German
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Abstract

In dieser Arbeit wird Teilchenbeschleunigung durch Fermi-Beschleunigung erster Ordnung an ultra-relativistischen Stoßfronten untersucht. Stoßfronten dieser Art werden in Gamma-Ray Bursts vermutet, kurzen Ausbrüchen von Gamma-Strahlung, die die leuchtstärksten Objekte im Universum sind und nicht-thermische Spektra aufweisen. Die Teilchenverteilungsfunktion für den Beschleunigungsprozeß wird mit einer weiterentwickelten semi-analytischen Methode für verschiedene einfache magnetohydrodynamische Situationen und beliebige Lorentzfaktoren berechnet. Die berechneten Winkelverteilungen sind stark anisotrop. Die Impulsverteilungsfunktion gehorcht einem Gesetz $\propto p^{-s}$, wobei sich bei asymptotischer Stoßgeschwindigkeit $s=4.23$ für Plasmen mit dynamisch vernachlässigbarem Magnetfeld ergibt; die Konvergenz gegen diesen Wert setzt bei Lorentzfaktoren der Stoßfront von etwa 10 ein. Dieser Index wird durch anisotrope Streuung kaum verändert, das Vorhandensein eines Magnetfeldes kann einen größeren Unterschied bewirken.

Translation of abstract (English)

This thesis regards the fermi particle acceleration process at ultrarelativistic shocks as they are supposed to be seen in Gamma-Ray Bursts, short-lived bursts of Gamma-Radiation, which are the most luminous objects in the universe. The distribution function of accelerated particles is calculated using a semi-analytical method extended to allow arbitrary high Lorentz-factors for the shocks. The angular part of the distribution function is highly anisotropic. For asymptotically high Lorentz-factors there is a universal index $s=4.23$ for the momentum power-law part of the distribution. This index is independent of the hydrodynamics, the presence of a dynamically important magnetic field can increase it, steepening the momentum spectrum. Anisotropic diffusion has a very small effect on the momentum distribution.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Kirk, Prof. Dr. John
Date of thesis defense: 12. February 2003
Date Deposited: 14. Mar 2003 07:57
Date: 2002
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Plasmaphysik, Relativistische Astrophysik
Uncontrolled Keywords: Astroplasmaphysics , Relativistic Astrophysics
Additional Information: Teile in: The Astrophysical Journal
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