Phase mixing of shear Alfven waves as a new mechanism for electron acceleration in collisionless, kinetic plasmas
首次采用Particle-In-Cell（动力学）方法模拟了均匀磁场作用下，无碰撞等离子体中剪切Alfvén波与密度不均匀（相位混合）的相互作用.结果发现了一种新的电子加速机制。由于局部阿尔文速度的差异，阿尔文波前的渐进变形产生几乎平行于磁场的静电场，静电场通过朗道阻尼加速电子。令人惊讶的是，在非均匀区域中，在动力学区域中，振幅衰减规律与Heyvaerts和Priest（1983）描述的MHD近似相同。
2005-04-01 astro-ph
Ion acceleration processes at reforming collisionless shocks
超新星遗迹激波中宇宙线离子预加速机制的确定是天体物理学中的一个重要问题。最近的粒子在细胞（PIC）的冲击模拟表明，包括完整的电子动力学产生非时间静止的解决方案，在以前的混合动力（动力离子，流体电子）模拟。在这里，通过运行PIC代码在高相空间分辨率，离子加速机制与超临界无碰撞垂直冲击的时间依赖性进行检查。特别是分析了$\int \mathbf{F} \cdot \mathbf{v} dt$的组成部分，沿轨迹的离子，达到高和低能量。达到高能量的离子的选择机制也进行了研究。与准定常激波解相反，超热质子是根据它们到达激波的时间从背景粒子群中选出的，因此是以爆发的形式产生的。
2004-10-25 astro-ph
Electron acceleration at a low-Mach-number perpendicular collisionless shock
用全粒子模拟方法研究了电子在无碰撞、相对低的Alfven马赫数（M_A = 5）、垂直激波下的加速过程。最近的自洽混合激波模拟表明，沿低马赫数垂直激波的激波面，垂直激波阵面具有动态波纹特征。本文用大尺度（离子尺度）二维全粒子模拟方法研究了垂直激波的波纹效应对电子加速的影响。它已被证明，一个大幅度的电场被激发在与离子尺度的波纹冲击前，和反射的离子被加速上游在一个本地化的区域，在那里的冲击正常的电场的波纹结构被极化的上游。由高加速反射离子引起的电流驱动不稳定性对大振幅静电波有很高的增长率。高能电子然后产生的大幅静电波通过电子冲浪加速在冲击过渡区的前缘。结果表明，电子冲浪加速度也是低马赫数垂直无碰撞激波的一个共同特征。
2008-12-10 astro-ph
Simulations of relativistic collisionless shocks: shock structure and particle acceleration
本文讨论了用PIC方法对正负电子对等离子体中相对论性无碰撞激波的三维模拟。激波结构主要受激波磁化强度（“sigma”参数）控制。我们演示了如何作为垂直冲击的函数的sigma的冲击的结构变化。在低磁化的冲击是介导的主要由韦伯不稳定性，产生瞬态磁场，可以超过初始字段。在较大的磁化强度下，激波主要由磁反射控制。我们证明了过渡发生的地方，并认为这是不可能有很低的磁化碰撞冲击的性质（在一个以上的空间维度）。我们进一步讨论了这些冲击的加速特性，并表明，较高的磁化垂直冲击不有效地加速非热粒子在3D。在其他天体物理学应用中，这可能会对伽马射线暴和脉冲星风外流的结构和成分造成限制。
2006-03-09 astro-ph
Electron Shock Surfing Acceleration in Multidimensions: Two-dimensional Particle-In-Cell Simulation of Collisionless Perpendicular Shock
采用自洽二维粒子模拟方法研究了弱磁化介质中高马赫数无碰撞激波传播时电子的加速机制。模拟结果表明，强静电波激发通过电子-离子静电双流不稳定性在激波过渡区的前缘在早期的一维模拟的情况下。我们观察到强烈的电子加速，这是与动荡的静电波在冲击过渡区。激波过渡区的电子能谱具有明显的幂律分布，谱指数为$2.0 {\rm -} 2.5$。通过对加速电子运动轨迹的分析，我们发现这种加速机制与离子的冲击冲浪加速非常相似。然而，与离子冲击冲浪相反，高能电子在冲击过渡区被电子尺度的静电波动反射，而不是被离子尺度的交叉冲击静电势反射。反射的电子然后被冲击波前面的对流电场加速。我们的结论是，多维效应以及自洽的冲击结构是必要的强电子加速在高马赫数冲击。
2008-09-02 astro-ph
Particle Acceleration and Radiation associated with Magnetic Field Generation from Relativistic Collisionless Shocks
激波加速是天体物理等离子体中普遍存在的现象。等离子体波及其相关的不稳定性（例如，Buneman不稳定性、双流不稳定性和Weibel不稳定性）是粒子（电子、正电子和离子）加速的原因。利用三维相对论电磁粒子（REMP）程序，研究了在有和无初始磁场的环境等离子体中传播的相对论性喷流前沿的粒子加速。我们发现，在没有环境和弱环境磁场之间的结果只有很小的差异。模拟结果表明，在无碰撞冲击波阵面中产生的韦伯不稳定性加速了垂直和平行于射流传播方向的粒子。模拟结果表明，这种不稳定性是负责产生和放大高度不均匀，小尺度磁场，这有助于电子的横向偏转后面的射流头。来自偏转电子的"抖动“辐射与在均匀磁场中计算的同步辐射具有不同的性质。这种抖动辐射对于理解伽马射线暴、相对论喷流和超新星遗迹中复杂的时间演化和/或光谱结构可能是重要的。
2003-12-03 astro-ph
Lepton Acceleration by Relativistic Collisionless Magnetic Reconnection
本文计算了磁$X-$点附近无碰撞相对论性正负电子气体的自洽平衡。对于所考虑的条件，有关河外喷流，我们发现轻子加速到洛伦兹因子$Γ_0 = κe B_0L {\cal E}^2 /mc^2 \gg 1$，其中$B_0$是典型的磁场强度，${\cal E}\equiv E_0/B_0$，与$E_0$的重联电场，$L$是磁场的长度尺度，和$κ\approx 12$。加速是由于在$X-$点周围的区域中电场对磁场的支配。对于$γ\lesssim Γ_0$，加速轻子的分布函数近似为$dn/dγ\propto γ^{-1}$.由于$Γ_0$值和/或辐射损失的分布，表观分布函数可能比$γ^{-1}$更陡。自洽的平衡，发现只有血浆流入率的$X-$点小于一个临界值。
2002-10-01 astro-ph
The efficiency of electron acceleration in collisionless shocks and GRB energetics
余辉观测通常用于确定伽玛暴爆炸的能量E、周围密度n、冲击波后磁场均分比ε B和电子均分比ε e等参数，但通常假设电子“注入”到相对论冲击波加速中的效率很高，即加速的电子所占的比例f~1。我们证明了f的值不能由当前的观测值确定，因为当前可检验的模型预测对于参数选择{E '= E/f，n'= n/f，E '_B=fε_B，E'_e=fε_e}是与f的值无关的，其中m_e/m_p< f< 1.目前的观测结果表明，高相对论性和次相对论性激波的效率f是相似的，并合理地表明f~1，这与蟹状星云的情况非常不同。然而，不能排除m_e/m_p< f<< 1的情况，这意味着在确定模型参数时有一个因子m_e/m_p不确定性。我们表明，早期，<10小时，射电余辉观测，这将是更容易在SWIFT时代，可能会提供限制f。因此，这种观测将为伽玛射线暴爆炸和无碰撞冲击中粒子加速的物理学提供强有力的诊断。
2005-03-24 astro-ph
Collisionless Plasma Shocks. Field Generation and Particle Acceleration
伽马射线暴是已知宇宙中能量最大的事件之一。一个高度相对论性的火球被喷射出来。在大多数情况下，爆炸本身会伴随着余辉，当火球穿过星周介质时，在减速的情况下发出余辉。为了解释余辉发射的观测结果，需要了解两个物理方面：1）火球中磁场的起源和性质; 2）激波后面的粒子速度分布函数。在现有的余辉模型中，这两个都是必要的，以解释被认为是同步辐射的现象。为了回答这些问题，我们需要了解在无碰撞冲击中起作用的微观物理学。使用3D粒子模拟，我们可以深入了解在这种冲击中发生的微观物理过程。我们讨论这样的计算机实验的结果。它示出了如何一个韦伯式双流等离子体不稳定性是能够创建一个强大的横向间歇性磁场和点的连接机制，在冲击区原位粒子加速。
2005-03-16 astro-ph
Particle acceleration in relativistic collisionless shocks: Fermi process at last?
我们提出的证据表明，在非磁化等离子体中传播的相对论冲击可以自洽地加速粒子。我们利用二维粒子模拟方法研究了非磁化对等离子体中的激波结构。这种激波下游的粒子谱由两部分组成：一部分是相对论性麦克斯韦，其特征温度由气流上游的动能决定;另一部分是高能尾，其能量大于热峰的100倍。这个尾部最适合作为指数为-2.4+-0.1的能量幂律，并通过指数截止进行修改。随着模拟时间的推移，截止值向更高的能量移动，留下更大的幂律范围。尾部的颗粒数量约为下游种群的1%，它们携带下游约10%的动能。通过对粒子在尾流中运动轨迹的研究，我们发现粒子在由韦伯不稳定性产生的磁场中的上游和下游区域之间弹跳时会产生能量增益。我们将该机制与一阶费米加速机制进行了比较，并对激波加速过程的效率设定了一个下限。
2008-02-24 astro-ph
Electron acceleration and heating in collisionless magnetic reconnection
利用Harris电流片的隐式动力学模拟结果讨论了无碰撞磁重联过程中电子的加速和加热。我们考虑和比较了不同β值的等离子体中的电子动力学，并进行了模拟的物理质量比。我们分析了电子通过重联区的典型轨迹，研究了电子的速度，重点研究了离面速度，并讨论了电子沿面内和离面方向的加热。
2003-05-06 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
A note on the theory of transverse diffusion in shock particle acceleration
本文研究了空间扩散系数的形式在快粒子激波加速中的作用。参考非经典扩散和使用的数值（混合）模拟的结果，为下游的冲击人口在准连续高马赫数无碰撞冲击，我们应用的理论，我们证明，推断的扩散系数是在极好的协议与理论的要求和预测。在无碰撞状态下的扩散被证明是非经典的Gibbsian（Lévy flight），虽然很弱，但依赖于时间。
2008-11-24 astro-ph
Generation and Acceleration of Jets from Effective Boundary Layer around Black Hole
本文提出了由离心压力控制的黑洞周围边界层喷流的产生和辐射加速过程。
2000-12-29 astro-ph
Two-dimensional full particle simulation of a perpendicular collisionless shock with a shock-rest-frame model
本文发展了一个用于粒子模拟的二维激波静止框架模型。然后用二维全粒子模拟研究了垂直无碰撞激波的全动力学。我们发现，在2D模拟中有较少的非热电子由于冲浪加速，这是在以前的1D模拟中看到的高马赫数垂直冲击在低β和弱磁化等离子体。这是因为粒子沿周围磁场的运动干扰了电子冲浪加速所必需的相干静电孤立结构的形成。
2008-06-17 astro-ph
Gamma-ray bursts and collisionless shocks
无碰撞激波中的粒子加速被认为是宇宙射线产生的原因，宇宙射线的能量范围很广，从几个GeV到>10^{20}eV，以及各种高能天体物理源的非热辐射。然而，基于第一原理的无碰撞冲击理论并不存在。对伽马射线暴（GRB）“余辉”的观测为诊断相对论性无碰撞冲击的物理学提供了一个独特的机会。大多数伽马射线暴被认为与大质量恒星的爆炸有关。它们的“余辉”，即伽马射线迅速爆发后延迟的低能辐射，可以通过一个模型很好地解释，其中余辉辐射是由于电子在爆炸驱动的相对论无碰撞冲击波中加速同步辐射到周围的等离子体中。在这个模型的框架内，无碰撞相对论冲击波的一些显著特征被揭示出来。这包括产生能量密度超过上游磁场约8个数量级的下游磁场，这种强磁场在激波下游距离约10^{10}趋肤深度处的生存，以及粒子加速到幂律能谱d \log n/d \log E ~-2，可能延伸到10^{20}eV。在这次演讲中，我回顾了现象学的考虑，基于这些特征的推断，以及对我们目前的粒子加速模型和无碰撞冲击中磁场产生的挑战。本文简要讨论了基于自相似激波结构假设的一些最新理论结果。
2006-10-17 astro-ph
Particle acceleration, magnetic field generation, and emission in relativistic pair jets
激波加速是天体物理等离子体中普遍存在的现象。等离子体波及其相关的不稳定性（例如，Buneman，Weibel和其他双流不稳定性）在无碰撞冲击中产生，负责粒子（电子，正电子和离子）加速。利用三维相对论电磁粒子（REMP）程序，研究了相对论性喷流前沿传播到环境等离子体中的粒子加速。我们发现，韦伯不稳定性的增长时间与射流的洛伦兹因子成正比。模拟结果表明，在无碰撞冲击波阵面中产生的韦伯不稳定性加速了射流和周围的粒子垂直和平行于射流传播方向。
2005-02-16 astro-ph
Simulations of Electron Acceleration at Collisionless Shocks: The Effects of Surface Fluctuations
高能电子是行星际激波和行星弓激波的共同特征，它们被用作非热射电辐射模型的关键组成部分，如太阳射电爆发。对高马赫数、准垂直激波（典型的太阳风中的激波）的电子加速进行了模拟研究。二维自洽混合冲击模拟提供了测试粒子电子被跟踪的电场和磁场。一系列不同的冲击类型，冲击法向角，和注射能量进行了研究。当马赫数较低，或模拟配置抑制沿磁场方向的波动时，结果与假设磁矩守恒反射（或快速费米加速）的理论一致，电子能量增益仅为2 - 3倍。在高马赫数条件下，采用真实的模拟外形，激波阵面具有动态波纹特征。能谱显示：（1）比快费米加速高得多的最大能量;（2）在2 - 5倍注入能量的中间能量处有一个平台区或浅斜坡区;（3）上游和下游粒子的能量增加，其斜率均随激波法线角的垂直而减小;（4）在激波法向角比绝热反射更宽的区域内的持续通量水平。所有这些功能是在很好的定性协议与观察，并表明在离子尺度的冲击表面的动态结构产生有效的散射，可以负责高马赫数冲击电子加速的有效网站。
2006-10-24 astro-ph
Fermi acceleration in astrophysical jets
我们考虑费米过程对高能粒子的加速（即，扩散激波加速度、二阶费米加速度和渐变剪切加速度），特别注意粘性剪切加速度领域的最新进展。我们分析了相关的加速时间尺度和由此产生的粒子分布，并讨论了这些过程的相关性的带电粒子的加速喷流的活动星系核，伽玛暴和微类星体，表明多分量的幂律型粒子分布可能会发生。
2006-10-05 astro-ph
Strong Relativistic Collisionless Shock
在二维空间中，对强相对论无碰撞激波在非磁化介质中的传播进行了直接数值模拟。发现：（i）存在无碰撞激波，（ii）粒子加速是微不足道的，（iii）激波不产生"准静态“磁场，这与其他作者最近的主张相反。所有的结果都符合一个简单的等离子体物理模型的无碰撞冲击。另一方面，天体物理学证据表明，冲击确实加速了带电粒子，伽玛射线暴现象表明冲击确实产生了强磁场。最简单的等离子体物理模型和天文观测无碰撞冲击之间的冲突进行了讨论。
2001-11-16 astro-ph
Gamma-Ray Bursts, Collisionless Shocks and Synthetic Spectra
伽马射线暴（GRB）的余辉辐射是在无碰撞等离子体激波中产生的。辐射背后的两个主要成分是高能非热电子和强磁场。我认为，为了从观测中得出关于伽马射线暴和余辉参数的正确结论，对无碰撞激波的微观物理有一个坚定的理解是至关重要的。我提出了弱磁化等离子体壳碰撞的自洽、三维粒子单元计算模拟的结果：实验表明等离子体不稳定性如何在冲击中产生磁场。磁场强度可达均分值的三分之一。实验还揭示了一种新的非热电子加速机制，与费米加速机制有很大不同。最后，我提出了一个新的数值工具，使我们能够直接从实验中提取合成辐射光谱的结果。初步结果与同步辐射不同，但与GRB余辉观测结果一致。我的结论是，强磁场的产生，非热粒子加速和辐射的排放，是符合伽玛射线暴余辉观测，都是两个相对论等离子体壳层之间的碰撞不可避免的后果。
2005-06-23 astro-ph
A transonic collisionless model of the solar wind
由于太阳风的半碰撞性质，无碰撞或外逸层方法以及流体动力学方法都是不准确的。然而，简单的优点使他们有用的启发太阳风加速的一些基本机制。以前的外逸层模型已经能够再现在外底已经接近超音速的风，在该高度以上没有碰撞。为了允许跨音速解决方案，必须考虑较低的外基，在这种情况下，质子经历非单调的势能分布。这是在目前的工作。在这个模型中，电子速度分布在电晕被假定为非热。参数结果表明，获得的高加速度不依赖于非热分布的细节。因此，这种加速似乎是由足够数量的超热电子产生的一个强有力的结果。还给出了一种改进外逸层描述的方法，该方法包括根据运动不变量映射粒子轨道。
2004-02-15 astro-ph
Particle Acceleration, Magnetic Field Generation, and Emission in Relativistic Shocks
激波加速是天体物理等离子体中普遍存在的现象。等离子体波及其相关的不稳定性（例如，Buneman，Weibel和其他双流不稳定性）在无碰撞冲击中产生，负责粒子（电子，正电子和离子）加速。利用三维相对论电磁粒子（REMP）程序，研究了相对论性喷流前沿传播到环境等离子体中的粒子加速。我们发现，在没有环境和适度的环境磁场的结果有很小的差异。模拟结果表明，在无碰撞冲击波阵面中产生的韦伯不稳定性加速了射流和周围的粒子垂直和平行于射流传播方向。由韦伯不稳定性产生的小尺度磁场结构适合于从偏转电子（正电子）产生“抖动”辐射，而不是同步辐射。小尺度磁场结构产生的抖动辐射对于理解伽马射线暴或其他包含相对论喷流和相对论无碰撞激波的天体物理源中观测到的复杂时间结构和光谱演化可能是重要的。
2005-01-04 astro-ph
Non-Fermi Power law Acceleration in Astrophysical Plasma Shocks
例如，适用于伽马射线暴余辉的无碰撞等离子体激波理论仍然包含着人们知之甚少的关键问题。本文用~10^9粒子数值模拟研究了高度相对论性无碰撞激波中的带电粒子动力学。我们发现了一个幂律分布的加速电子，经过详细的调查原来是源于一个加速机制，这是决定性地不同于费米加速。在冲击互穿等离子体中，电子被强烈的双折射不稳定性加速，并在空间上符合幂律分布的电流结构。这些结构是一个不可避免的后果，现在已经建立了韦伯式双流不稳定性，在相对论性碰撞冲击。电子被瞬间和局部地加速和减速;这一场景与费米加速等递归加速机制有质的不同。电子分布幂律的斜率与由观测到的伽马射线暴余辉同步辐射推断的粒子幂律谱一致，这一机制可能更普遍地解释来自星间和星周激波区以及相对论喷流的非热辐射的起源。
2004-11-16 astro-ph
Active Galactic Nuclei, Radio Jets and Acceleration of UHECRs
我们提出的活动星系核（AGN）的一般性质，并讨论了与这些对象的一小部分喷流的起源和结构。然后，我们解决的问题，粒子加速在高度相对论性的能量和限制的光度AGN喷流的起源UHECR。
2008-12-29 astro-ph
Particle-in-cell simulations of fast collisionless reconnection in gamma-ray burst outflows
我们提出了适用于磁主导对等离子体射流，如那些在伽马射线暴的条件下，无碰撞磁重联的粒子模拟的初步结果。我们发现类似的行为，以前的作者，但减少重新连接的效率。这是因为我们动态地包括了整个电磁场，并允许电场波动增长。虽然微弱，这些波动阻碍早期x点的形成周期性减速，甚至逆转流入。
2007-06-01 astro-ph
Turbulence and particle acceleration in collisionless supernovae remnant shocks: I-Anisotropic spectra solutions
本文研究了加速宇宙射线流在冲击波前驱体中激发的MHD湍流的性质。两个公认的制度（非共振和共振）的流不稳定性考虑在内。我们表明，非共振不稳定性是非常有效的，通过其增长和非线性传输之间的平衡饱和。然后宇宙射线共振不稳定性接管并被通过激波的平流淬灭。如果激波速度$V_{\rm sh}$大于$ξ_{\rm CR} c$的几倍，则湍流水平由非共振区决定，其中$ξ_{\rm CR}$是宇宙射线压力与激波动能的比值。这种不稳定性决定了谱与$k_\parallel$（沿激波法线的波数）的相关性。Alfvén波的横向级联同时决定了$k_{\perp}$的依赖性。我们还研究了前向波和后向波之间湍流能量的重新分配，这是通过两个阿尔文波和一个慢磁声波的相互作用而发生的。最后发现最长波长处的光谱几乎与$k_{\parallel}^{-1}$成正比。下游，各向异性通过激波交叉处的压缩而进一步增强。
2006-03-17 astro-ph
Hemispherical transport equation: modeling of quasiparallel collisionless shocks
利用所谓的半球模型，我们推导了宇宙线和热粒子在运动的无碰撞等离子体中被磁不均匀性沿俯仰角散射的一般输运方程。通过90度的弱散射导致每个半球中的各向同性颗粒分布。该考虑不受小的各向异性和颗粒速度高于特征流速差的条件的限制。对于高速度和小的各向异性的标准宇宙线输运方程恢复。我们应用导出的方程研究粒子的注入和加速的无碰撞冲击。
2006-12-23 astro-ph
On Radiative Acceleration of Jets and Outflows from Advective Disks
喷流和外流是由黑洞周围的平流吸积流形成的。来自离心势垒的硬光子直接撞击电子并在其上沉积动量。对于光学厚的流动，这种沉积是没有效率的，但对于光学薄的流动，物质可以被加速到相对论速度。事实上，即使是被束缚的物质也可以通过连续的沉积而被释放出来。我们讨论这些可能性。
2000-12-29 astro-ph
GRB: magnetic fields, cosmic rays, and emission from first principles?
我们描述了冷等离子体云的无碰撞碰撞中大尺度磁场产生和粒子加速的情况。这一过程的第一原理（即使用粒子）数值模拟是可能的。我们的场景基本上是3D的。我们认为，{ \it大尺度}磁场不会在二维产生，即使在无碰撞等离子体。本文对二维相对论无碰撞Kelvin-Helmholtz不稳定性产生的磁场进行了计算和数值模拟。无碰撞切向间断可能比无碰撞激波更重要，因为即使在流体极限中，当激波稳定时，切向间断仍然不稳定。
2008-03-10 astro-ph
Ultra High Energy Cosmic ray and gamma-ray signatures of inductive acceleration in AGN jets
最高能量的宇宙射线可能是由强大的活动星系（即FR II射电星系、射电大声类星体和高功率BL Lac）的磁化、圆柱准直、剪切喷流漂移产生的。我们表明，在这种情况下，质子同步辐射可以引起可检测的光子通量的能量范围从数百keV到几十兆电子伏。
2007-06-19 astro-ph
Acceleration of UHE Cosmic Ray Particles at Relativistic Jets in Extragalactic Radio Sources
作为对“热点”激波加速的补充，讨论了河外射电源中相对论性喷流与周围介质界面处超高能宇宙线加速的机制。预计在射流侧边界处加速的粒子在最高能量处占主导地位。使用蒙特卡罗粒子模拟的截止能量附近的光谱形成建模。
1996-10-23 astro-ph
Modern theory of Fermi acceleration: a new challenge to plasma physics
天体物理冲击的主要特征之一是它们能够将粒子加速到极高的能量。主要的加速机制，扩散冲击加速。它表明，它的效率关键取决于热等离子体注入到加速度发生在亚激波的碰撞激波结构，反过来，可以显着平滑的高能粒子。此外，它们的不均匀分布提供了自由能的MHD湍流调节亚激波强度和注入率。此外，MHD湍流将粒子限制在激波阵面，控制它们的最大能量和自举加速度。因此，研究激波附近压缩等离子体流中的MHD湍流是理解整个过程的关键。注入率的计算成为无碰撞激波理论的一部分。如果等离子体物理的这两个领域没有重大进展，扩散激波加速理论的进一步发展是不可能的。
2001-02-21 astro-ph
Particle Acceleration in Gamma-Ray Burst Jets
研究了伽马射线暴（GRB）喷流中高能粒子的梯度剪切加速。特别强调的是通用结构射流的分析，和特征加速时标确定的幂律和高斯演化的整体流洛伦兹因子$γ_b$与角度$ϕ$从射流轴。结果表明，当地的幂律粒子分布可能会产生，较高的能量粒子一般集中在更接近射流轴。考虑到几个限制，我们表明，有效的电子加速逐渐剪切流，最大粒子能量随时间的推移而连续下降，可能是可能的尺度大于$r \sim 10^{15}$厘米，提供射流磁场变得足够弱和/或迅速减少足够的距离，而有效的加速质子超高能量$> 10^{20}$电子伏特可能在很宽的条件下。
2005-11-02 astro-ph
Regular particle acceleration in relativistic jets
当波长远大于圆柱半径时，得到了无限长、有限半径的导体圆柱在轴向有周期电流时周围电磁场的精确解。该解同时描述了圆柱附近近区的场和向波区的过渡。研究了这种圆柱的固有长波振荡。计算了圆柱体的电磁能流。这些解可用于描述活动星系核和类星体的相对论喷流周围的电磁场以及喷流内部的粒子加速。
2004-06-22 astro-ph
Magnetic acceleration of ultra-relativistic GRB and AGN jets
我们提出了冷，轴对称，磁驱动相对论外流的数值模拟。外流最初是次Alfvénic和坡印廷通量占主导地位，与总-静止质量的能量通量比高达$μ\sim 620$。为了研究射流的磁加速，我们模拟了具有规定形状的刚性壁的漏斗内的流动，我们将其取为$z\propto r^a$（在柱坐标中，$a$的范围为1到2）。这使我们能够消除数值耗散的影响所引起的自由边界与周围介质。我们发现，在所有情况下，他们收敛到一个稳定的状态，其特征在于由一个空间扩展的加速区域。对于喷流的解决方案的加速过程是非常有效的-在模拟的最外层尺度上，超过一半的坡印亭通量已被转换为动能通量，和终端洛伦兹因子接近其最大可能值（$Γ_\infty \simeq μ$）。加速伴随着超过漏斗形状所指示的磁场线的准直。数值解与半解析的自相似喷流解以及在某些天体物理相对论喷流中观测到的空间扩展加速度基本一致。与以前的研究一致，我们还发现，加速是显着不太有效的风的解决方案，这表明脉冲星风可能会保持坡印廷占主导地位时，他们到达的终止冲击。
2008-04-16 astro-ph
Multi-mass schemes for collisionless N-body simulations
本文提出了一个构造具有已知分布函数f_0的平衡无碰撞星系模型的Monte Carlo实现的一般方案。我们的方法使用重要性抽样，以找到抽样DF f_s，最小化在一组给定的DF f_0的投影的均方形式误差。其结果是星系模型的多质量N体实现，其中相空间的“有趣”区域被大量低质量粒子密集填充，增加了那里的有效N，而不太有趣的区域则由更少，更高质量的粒子组成。作为一个简单的应用程序，我们考虑的情况下，最小化的散粒噪声的球形Hernquist模型的N体模型的加速度场的估计。使用我们的方案构建的模型很容易产生一个因素~100减少中央加速度场的方差相比，一个传统的等质量模型具有相同数量的粒子。当用一个真正的N体代码来发展这两个模型时，我们模型中的扩散系数被减少了一个类似的因子。因此，对于某些类型的问题，我们的计划是一个实用的方法，减少两体松弛效应，从而使N体模拟更接近碰撞的理想。
2008-08-06 astro-ph
Weibel Instability Driven by Relativistic Pair Jets: Particle Acceleration, Magnetic Field Generation, and Emission
激波加速是天体物理等离子体中普遍存在的现象。等离子体波及其相关的不稳定性（例如，Buneman，Weibel和其他双流不稳定性）在无碰撞冲击中产生，负责粒子（电子，正电子和离子）加速。利用三维相对论电磁粒子（REMP）程序，研究了相对论性喷流前沿传播到环境等离子体中的粒子加速。我们发现电子-正电子喷注中的韦伯不稳定性的增长时间不受（电子-正电子或电子-离子）环境等离子体的影响。然而，在电子-离子环境等离子体中产生的局部磁场的幅度明显大于在电子-正电子环境等离子体中产生的局部磁场的幅度。
2005-03-23 astro-ph
Relativistic parsec-scale jets: I. Particle acceleration
我们发展了一个在相对论性旋转的正负电子无力喷流和螺旋磁场中粒子加速的理论。我们认为扰动的固定磁场结构，并发现，加速发生在该地区的阿尔芬共振条件与本征模在射流中得到满足，即当地阿尔芬速度等于本征模的相速度。加速机制是由电磁波的电场进行的规则加速，这是无力圆柱形射流的本征模式：粒子漂移出阿尔芬共振表面附近的大波幅区域并获得能量。在阿尔芬共振附近的强电场中的加速和同步加速器损失结合起来形成指数在2和3之间的超相对论性电子和正电子的幂律能谱，这取决于注入粒子的初始能量。幂律分布范围从10 MeV到1000 MeV。
2003-03-05 astro-ph
Acceleration of UHE Cosmic Ray Particles at Relativistic Jets in Extragalactic Radio Sources
作为对“热点”激波加速的补充，讨论了河外射电源中超高能宇宙线加速的机制，该机制位于相对论性喷流与周围介质的界面处。由于穿过速度的切向不连续性，粒子可以获得与激波穿过处的能量增益相当的能量。然而，在喷流侧边界处加速的粒子谱预计比在激波处形成的粒子谱要平坦得多。由于这一事实，在边界处加速的粒子可以在最高能量处支配整个光谱。在河外喷流终端激波的特征条件下，该机制自然地为粒子提供了约10^20 eV的E，并符合效率要求。用蒙特卡罗粒子模拟方法模拟了激波加速度和切向不连续加速度共同作用下截止能量附近的谱形成过程。它证实了能量上限可以超过冲击加速度估计。
1998-03-25 astro-ph
Viscoelastic Analogy for the Acceleration and Collimation of Astrophysical Jets
喷流在天文学中无处不在。已经证明喷流的存在与中心物体的自旋和内盘的粘性角动量输运密切相关。在完全不同的背景下，即粘弹性流体在实验室中的流动中，也已知由旋转中心物体上的粘性扭矩推进的双极射流状结构。在将磁流体动力学（MHD）湍流的缠结磁场线类比为粘弹性聚合物溶液的缠结聚合物的基础上，提出了高湍流导电流体动力学的粘弹性描述.我们认为，在实验室中的粘弹性流体中形成射流的相同机制可能是负责准直和供电天体物理射流的中心对象的角动量。
2001-11-30 astro-ph
The Acceleration Mechanism of Resistive MHD Jets Launched from Accretion Disks
本文分析了非线性电阻性磁流体动力学（MHD）模拟射流形成的结果，研究了轴对称电阻性MHD射流的加速机制。初始状态是一个恒定的角动量，多变的环面通过弱均匀的垂直磁场。应用扩展到电阻MHD方程的CIP-MOCCT格式模拟了圆环的时间演化。我们进行了模拟高达50个旋转周期的最内半径的磁盘从环面吸积。通过计算拉格朗日试验粒子的受力，研究了阻力射流的加速力和特性。由于在电阻模型中圆盘的旋转轴与磁场线之间的夹角比在理想MHD模型中的小，因此磁离心加速度较小。在电阻模型中，沿磁场线的有效电势在$z \sim 0.5r_0$附近具有最大值，其中$r_0$是初始圆环密度最大的半径。在圆盘材料被压力梯度力提升到这个高度之后，喷射被发射。即使在这种情况下，围绕慢磁声点的主要加速力是磁离心力。阻力MHD喷流的功率与圆盘中通过质量吸积释放的机械能相当。焦耳加热对于射流的形成不是必不可少的。
2004-11-26 astro-ph
Shear acceleration in relativistic astrophysical jets
本文研究了在含有散射中心的相对论背景流中高能粒子的速度切变加速问题。确定了三种可能的天体物理喷流加速位置：（1）平行于喷流轴的渐进速度剪切，如径向坐标向外线性减小的速度剖面，（2）垂直于喷流轴的渐进速度剪切，如内禀喷流旋转，和（3）在喷流侧边界处的非渐进/不连续的纵向速度剪切。我们确定的特征加速时间尺度，指定有效加速的条件，并讨论观测功能相对于每个过程。特别是，它表明，在（2）的情况下，较高的能量发射预计集中在更接近喷流轴，而在（1）和（3）的情况下，较高的能量粒子可能位于喷流的边缘附近，从而可能导致某种形式的边缘增亮。
2005-01-10 astro-ph
The Cosmic Ray Precursor of Relativistic Collisionless Shocks: A Missing Link in Gamma-Ray Burst Afterglows
无碰撞冲击通常被认为是宇宙线加速的场所。研究了CR对弱磁化相对论无碰撞激波的影响，并将结果应用于伽马射线暴（GRB）余辉中的外激波。一般认为，横向韦伯不稳定性（TWI）产生了一个小尺度的磁场，促进碰撞耦合和热化的冲击过渡。预计TWI场将在过渡的有限数量的质子等离子体趋肤深度上迅速衰减。然而，同步辐射在伽玛射线暴余辉表明，一个强大的和持久的磁场是目前在等离子体中，通过冲击，这个领域的起源是一个关键的悬而未决的问题。在这里，我们建议，涉及TWI的共同图片需要修改。也就是说，CR驱动湍流的激波上游的尺度远远大于集肤深度。这种湍流产生大规模的磁场，淬灭TWI并产生磁化冲击。新的磁场有效地限制了CR，提高了加速效率。CRs至少在相对论性的情况下改变了伽玛暴余辉中的激波。产生同步辐射的磁场的起源可能是在CR驱动的湍流中。我们不期望在外部GRB冲击中产生高能宇宙线。
2007-01-06 astro-ph
Particle acceleration in rotating and shearing jets from AGN
我们模拟了高能粒子在旋转天体物理喷流中由于剪切和离心效应而产生的加速度。导出了描述高能粒子在无碰撞旋转背景流中扩散输运的方程，并讨论了稳态解的解析表达式。特别是，通过考虑从刚性的速度分布，在平坦的开普勒旋转，离心和剪切加速度的影响分散的磁性不均匀性的颗粒被区分。当平均散射时间$τ_c \propto p^α$是动量的增函数时，在剪切加速度占主导地位的情况下，证实了幂律粒子动量解$f(p) \propto p^{-(3+α)}$的存在.我们发现，对于一个更复杂的相互作用之间的剪切和离心加速度，恢复的幂律动量谱可能会显着陡峭，但平坦的方位角速度的增加，由于增加离心效应。剪切和离心加速度的可能相关性，所观察到的扩展发射活动星系核的情况下，在类星体3C273喷流证明。
2002-10-14 astro-ph
On particle acceleration in turbulent shear boundary layers of relativistic jets
我们讨论宇宙线电子在相对论喷流边界处的加速过程。由此产生的光谱预计将包含两个特征分量：在较低能量处的幂律分布和在高能量截止之前的较硬的高能量分量。给出了一个由这种电子分布得到的高能谱的例子，包括同步辐射和逆康普顿分量。这种电子的同步加速器光谱的一个特征是它的最高频率部分，它出现在适合低频光谱范围的幂律之上。
2002-07-08 astro-ph
Magnetic Acceleration and Collimation of Gamma-Ray Burst Jets
最近，利用特殊相对论理想MHD方程导出了GRB外流的精确半解析解（见Vlahakis和Konigl在这些会议录中的摘要）。这方面的贡献集中在这些结果的影响，各种建模和观测问题的伽玛射线暴源，包括重子加载问题，极化测量的提示和反向冲击发射，以及可能存在的两个组件流出。
2003-12-09 astro-ph
Diffusive shock acceleration in extragalactic jets
我们计算了相对论电子在激波中的分布随时间的演化，包括同步辐射和绝热过程以及类费米加速。激波是由喷流中的开尔文-亥姆霍兹不稳定性引起的。激波的形成和粒子的加速处理在一个自洽的方式通过一个数值流体代码。我们表明，在我们的模型中的相对论粒子的数量是保守的演化过程中，不需要进一步注入超热粒子后，最初的。从我们的计算中，我们得到的预测值和趋势的数量，如光谱指数和截止频率，可以与观测比较。
1999-06-28 astro-ph
Particle-In-Cell simulations of circularly polarised Alfvén wave phase mixing: a new mechanism for electron acceleration in collisionless plasmas
在这项工作中，我们使用Particle-In-Cell模拟来研究圆极化Alfvén波与横向于均匀磁场的一维等离子体密度不均匀性（相位混合）在无碰撞等离子体中的相互作用。在我们的初步工作中，我们报告了一种新的电子加速机制的发现，在这种机制中，由于局部阿尔文速度的差异，阿尔文波前的渐进变形产生了一个倾斜（几乎平行于磁场）的静电场。后者通过朗道共振加速电子。在这里，我们报告了这种新机制的详细研究，包括：（i）分析由于阿尔文波的存在，离子分布函数的加宽和（ii）由于弱非线性和等离子体密度不均匀性产生的压缩扰动。在非均匀区域，在动力学区域，振幅衰减规律与Heyvaerts和Priest（1983）描述的MHD近似相同。
2005-04-01 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Inductive acceleration of UHECRs in sheared relativistic jets
携带大尺度磁场的相对论外流具有大的感应势，可以将质子加速到超高能量。本文讨论了一种新的超高能宇宙线（UHECR）加速方案，它是由强活动星系（喷流光度为$\geq 10^{46}$ erg s $^{-1}$）的磁化、圆柱准直、剪切喷流中的漂移引起的。如果${\bf B} \cdot \nabla \times {\bf v}< 0$是正电荷，则由这样的等离子体携带的正电荷粒子处于不稳定的平衡，因此沿着速度切变的动力学漂移将导致快速的、规则的能量增益。在我们的模型中，最高刚性的粒子被最有效地加速，这意味着轻核在脚踝以上的能量中占据主导地位：从预加速粒子的混合种群中，漂移机制优先拾取和提升质子。
2007-09-11 astro-ph
Collisionless Damping of Fast MHD Waves in Magneto-rotational Winds
我们建议无碰撞阻尼的快速MHD波作为一个重要的机制，加热和加速风从旋转的恒星。恒星的旋转导致固定在表面的磁场线形成螺旋图案，并且可以驱动磁旋转风。如果该结构是磁主导的，则在表面处产生的快速MHD波几乎可以径向向外传播并穿过场线。由于与在由波本身形成的磁镜上冲浪的粒子的相互作用，传播的波经历无碰撞阻尼。在波传播和场线之间的角度变得适度大（$\sim 20$到$80^{\circ}$）的情况下，阻尼特别有效。这个角度自然会增加到这个范围内，因为磁旋转风中的磁场会产生越来越大的方位角分量。波能的耗散产生出流的加热和加速。我们表明，使用指定的风结构，这种阻尼过程可以是重要的太阳型恒星和大质量恒星，有适度大的旋转速率。这种机制可以在快速旋转的年轻太阳型恒星的日冕中发挥作用，并且显示出比太阳大得多的X射线光度。该机制也可能是重要的产生扩展的X射线发射区推断存在于光谱类型中B和以后的大质量恒星。
2006-02-24 astro-ph
High Energy Hadronic Acceleration in Extragalactic Radio Jets
在河外喷流的电路描述中，电流的时间变化与有限的无碰撞电导率和磁场对齐的电场$E_\parallel$有关。最大场强取决于射流磁流体发电机$E_\perp$的效率和局部转换到$E_\parallel$组件。强子喷流成分可以有效地加速在这样的领域所有沿喷流。为了估计加速喷流强子所能达到的最大能量，我们考虑了光子-π介子和对产生以及同步辐射和逆康普顿辐射的能量损失过程。事实证明，对于最强的$E_\parallel$可能的半人马座A喷流是一个最有希望的候选来源的最高能量成分的宇宙射线。
2001-06-28 astro-ph
Particle acceleration and high-frequency (X-ray and $γ$-ray) emission in the jets of active galactic nuclei
提出了活动星系核喷流中流出的等离子体是不均匀的，由分离的云组成。这些云被强烈磁化，并以相对论速度远离中央引擎。云与假定静止的环境介质相互作用。在这种相互作用的过程中，周围介质中的粒子在云锋处被加速到高能量，并在云锋之前流动。结果表明，加速粒子的辐射可能是活动星系核喷流发射X射线和$γ$射线的原因。TeV的$γ$射线辐射产生于活动星系核喷流内部，那里的云锋的洛伦兹因子为$Γ_0\geq 30$，而GeV的$γ$射线辐射则产生于活动星系核喷流外部，那里的$Γ_0$为$\sim 10$ .
1998-10-26 astro-ph
A comparison of the acceleration mechanisms in YSO and AGN jets
我们研究的假设，存在一个简单的缩放之间的观测速度发现在年轻的恒星天体（YSO）和活动星系核（AGN）中发现的喷流。我们采用了一个非常简化的物理模型的射流加速过程。我们使用时间相关的，球对称的风模型在牛顿和相对论引力场，以询问是否所需的能量输入率，以产生在YSO中观察到的喷流速度（约2 $\times$的逃逸速度从中心对象）也可以产生活动星系核喷流速度（洛伦兹因子$γ\sim$ 10）。如果有一个共同的生产机制，这种规模是可以预期的。我们证明，这样的缩放确实存在，只要能量输入过程发生足够深的引力势阱，使物理使用的光速作为限制速度，并提供在吸积过程中释放的能量被赋予一小部分可用的吸积材料。
2002-11-14 astro-ph
Magnetic field generation by the Weibel instability at temperature gradients in collisionless plasmas
韦伯不稳定性可能是各种物体产生磁场的原因，例如伽马射线暴、活动星系核的喷流和星系团。利用数值模拟，在温度梯度下的韦伯不稳定性的发展进行了研究。研究发现，在梯度方向上首先产生电流片，然后电流片被圆整并转变为电流丝。在这个过程中，在灯丝周围产生回流，阻止灯丝合并。细丝周围的磁场至少持续到t~8000/ω_p，其中ω_p是等离子体频率，它们很可能存活更长的时间。
2006-10-30 astro-ph physics.plasm-ph
