Ударные волны широко распространены в астрофизических средах. [1]
Из-за низкой плотности окружающей среды большинство астрономических ударов являются бесстолкновительными . Это означает, что удары не образуются в результате кулоновских столкновений двух тел , поскольку длина свободного пробега для этих столкновений слишком велика, часто превышая размер системы. Такие удары были впервые теоретически описаны Фредериком де Хоффманом и Эдвардом Теллером [2] , которые изучали ударные волны в намагниченных жидкостях с бесконечной проводимостью. Точный механизм рассеивания энергии и генерации энтропии при таких ударах все еще изучается, но широко признано, что общий механизм, управляющий этими ударами, состоит из взаимодействия волн и частиц и плазменных нестабильностей , которые действуют в масштабе глубины плазменного скин-слоя , которая обычно намного короче длины свободного пробега.
Известно, что бесстолкновительные ударные волны связаны с частицами чрезвычайно высокой энергии , хотя окончательно не установлено, испускаются ли наблюдаемые фотоны высокой энергии протонами , электронами или и теми, и другими. Обычно считается, что энергичные частицы ускоряются механизмом ускорения Ферми . Обычно считается, что ударные волны, вызванные остатками сверхновых, расширяющимися в межзвездной среде, ускоряют космические лучи, измеренные над атмосферой Земли. [3]
Ударные волны в звездной среде, такие как удары внутри взрыва сверхновой с коллапсом ядра , часто становятся радиационными ударами. Такие удары формируются фотонами, сталкивающимися с электронами материи, и нисходящий поток этих ударов определяется плотностью энергии излучения, а не тепловой энергией материи.
Важным типом астрофизического шока является релятивистский шок, в котором скорость ударной волны составляет немалую часть скорости света. Эти шоки уникальны для астрофизических сред и могут быть как бесстолкновительными, так и опосредованными излучением. Релятивистские шоки теоретически ожидаются в гамма-всплесках , активных струях галактических ядер и в некоторых типах сверхновых.