Acceleration of cosmic-ray electrons (CRe) in the intra-cluster medium (ICM) is probed by radio observations that detect diffuse, megaparsec-scale, synchrotron sources in a fraction of galaxy clusters. Giant radio halos are the most spectacular manifestations of non-thermal activity in the ICM and are currently explained assuming that turbulence, driven during massive cluster–cluster mergers, reaccelerates CRe at several giga-electron volts. This scenario implies a hierarchy of complex mechanisms in the ICM that drain energy from large scales into electromagnetic fluctuations in the plasma and collisionless mechanisms of particle acceleration at much smaller scales. In this paper we focus on the physics of acceleration by compressible turbulence. The spectrum and damping mechanisms of the electromagnetic fluctuations, and the mean free path (mfp) of CRe, are the most relevant ingredients that determine the efficiency of acceleration. These ingredients in the ICM are, however, poorly known, and we show that calculations of turbulent acceleration are also sensitive to these uncertainties. On the other hand this fact implies that the non-thermal properties of galaxy clusters probe the complex microphysics and the weakly collisional nature of the ICM.
銀河団内媒体（ICM）における宇宙線電子（CRe）の加速は、銀河団の一部でメガパーセク規模の拡散シンクロトロン放射源を検出する電波観測によって探査されている。巨大電波ハローはICMにおける非熱的活動の最も顕著な現れであり、現在では、大規模な銀河団同士の合体時に駆動される乱流が、数ギガ電子ボルトのエネルギーでCReを再加速するという仮定に基づいて説明されている。このシナリオは、大スケールからプラズマ中の電磁的ゆらぎへとエネルギーを散逸させる複雑な機構の階層構造と、はるかに小スケールでの粒子加速の無衝突的機構を内包している。本論文では、圧縮性乱流による加速の物理に焦点を当てる。電磁的ゆらぎのスペクトルと減衰機構、およびCReの平均自由行程（mfp）が、加速の効率を決定する最も重要な要素である。しかし、ICMにおけるこれらの要素は十分に解明されておらず、乱流加速の計算がこれらの不確実性に敏感であることを示す。一方で、この事実は、銀河団の非熱的性質が、ICMの複雑な微視的物理と弱衝突性を探査するプローブとなることを意味している。