Using particle-in-cell simulations, we study the evolution of a strongly magnetized plasma slab propagating into a finite density ambient medium. Like in the previous work, we find that the slab breaks into discrete magnetic pulses. The subsequent evolution is consistent with diamagnetic relativistic pulse acceleration of (Liang E et al 2003 Phys. Rev. Lett.90 085001). Unlike in the previous work, we use the actual electron to proton mass ratio and focus on understanding trapping versus transmission of the ambient plasma by the pulses and on the particle acceleration spectra. We find that the accelerated electron distribution internal to the slab develops a double-power law. We predict that emission from reflected/trapped external electrons will peak after that of the internal electrons. We also find that the thin discrete pulses trap ambient electrons but allow protons to pass through, resulting in less drag on the pulse than in the case of trapping of both species. Poynting flux dominated scenarios have been proposed as the driver of relativistic outflows and particle acceleration in the most powerful astrophysical jets.
粒子インセルシミュレーションを用いて、有限密度の周囲媒質中を伝播する強磁化プラズマスラブの進化を研究する。前回の研究と同様に、スラブは離散的な磁気パルスに分裂することが見出される。その後の進化は、(Liang E et al 2003 Phys. Rev. Lett.90 085001)の相対論的パルスの反磁性加速と一致する。前回の研究とは異なり、実際の電子対陽子質量比を用い、パルスによる周囲プラズマの捕捉と透過の理解に焦点を当て、粒子加速スペクトルを調べる。スラブ内部で加速された電子分布が二重べき乗則を形成することが見出される。また、反射・透過した外部電子からの放射が、内部電子からの放射よりも後にピークに達すると予測する。さらに、薄い離散パルスは周囲の電子を捕捉するが陽子は透過させ、その結果、両種を捕捉する場合と比較してパルスへの抵抗が小さくなることが見出される。ポインティングフラックス優勢のシナリオは、最も強力な天体物理ジェットにおける相対論的アウトフローと粒子加速の駆動メカニズムとして提案されている。