Alfvénic superradiance for a monopole magnetosphere around a Kerr black hole
本文在无力近似下研究了轴对称旋转Kerr黑洞磁层中Alfvén波的超辐射。在Kerr时空的赤道平面上，通过分离波函数的变量和引入乌龟坐标，将Alfvén波方程化为一维Schrödinger型方程，并研究了Alfvén波的散射问题.对波动方程的渐近解和朗斯基守恒的分析给出了阿尔芬波的超辐射条件，并将证明该条件与Blandford-Znajek过程的条件一致。这意味着当阿尔夫文超辐射发生时，布兰德福德-兹纳杰克过程也发生在无力磁层中。然后，我们数值计算了阿尔文波的反射率，并证实了阿尔文超辐射在克尔时空中确实是可能的。此外，我们还将讨论阿尔文波的共振散射，这与磁层的“准正规模”有关。
2022-03-11 astro-ph.HE gr-qc
Landau-Zener formula and resonant axion conversion in neutron star magnetospheres
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Helsinki Institute of Physics（赫尔辛基物理研究所）
研究Landau-Zener描述在中子星磁层中轴子-光子共振转换的适用性，发现当共振宽度超过转换区域大小时公式失效，并据此修正了来自光学波段偏振搜索的轴子约束。
2026-11-04 astro-ph.HE hep-ph
Jet Formation in the magnetospheres of supermassive black holes: analytic solutions describing energy loss through Blandford-Znajek processes
在本文中，我们提供了从旋转黑洞通过电磁坡印亭通量和物质流提取能量的精确解。通过适当的选择一个径向独立的极向函数$Λ(θ)$，我们找到的解决方案，占主导地位的向外的能量通量是沿着极轴，一致的射流一样的准直流出，但也有较弱的能量通量沿赤道平面。与之前所有的解（Blandford & Znajek（1977），Menon & Dermer（2005））不同，磁层各处都没有磁单极子。
2011-05-20 astro-ph.HE
Alfvén Wave Conversion to Low Frequency Fast Magnetosonic Waves in Magnetar Magnetospheres
本文通过轴对称无力模拟研究偶极磁层中 Alfvén 波向快磁声波的转换，揭示波列填充程度决定低频或倍频快波，并分析转换效率及其 X 射线辐射意义。
2025-06-06 astro-ph.HE
Resonant axion-plasmon conversion in neutron star magnetospheres
本研究探讨磁星磁层中类似中微子MSW效应的共振轴子-等离子体激元转换对轴子-光子转换射电信号的影响，发现其会降低光子通量和望远镜灵敏度，需重新评估实验约束并改进探测策略。
2025-02-18 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Axion-Photon Conversion Signals from Neutron Stars with Spacetime Curvature Accounted for in the Magnetosphere Model
本研究将时空曲率纳入中子星 Goldreich-Julian 磁层模型，量化其对轴子共振转换射电信号的影响，发现高质量中子星可使辐射功率预测平均改变22%–37%。
2025-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
我们表明，轴子暗物质（DM）可以通过从中子星发射的窄无线电线检测。中子星的磁层拥有一个强大的磁场和等离子体频率，该频率朝着中子星表面增加。当轴子穿过磁层时，它们可以在等离子体频率等于轴子质量的半径附近的狭窄区域内共振转换为无线电光子。信号的带宽由远离中子星的小DM速度色散设定。我们解决了轴子光子混合方程，包括磁化等离子体和相关的各向异性介电张量的全面处理，以获得转换概率。我们讨论了可能的中子星目标，以及它们如何探测质量范围为~0.2-40 $μ$ eV的QCD轴子参数空间。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Current sheet alignment in oblique black hole magnetospheres -- a black hole pulsar?
本研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现倾斜黑洞磁层中的电流片随时间指数对齐于赤道面，且磁重联导致磁通衰减，可能产生引力波事件的多信使电磁对应体。
2024-02-25 astro-ph.HE
Resonant Conversion of Dark Matter Oscillons in Pulsar Magnetospheres
由于它们的高磁场和等离子体密度，磁共振雷达为超越标准模型（BSM）物理的测试提供了极好的实验室。当轴子或类轴子粒子（axion-like particles，ALP）足够接近光子时，它们可以共振转换为光子，产生戏剧性的电磁信号。我们讨论了从束缚配置的轴子，脉冲星磁层碰撞检测这样的信号的可能性。我们发现，所有的，但dendrified轴子星，$\textit{oscillons}$，潮汐破坏之前，共振转换可以发生。振荡可以有效地转换为光子，导致明亮，短暂的无线电闪光。使用现有的（甚大阵和LOFAR）和即将到来的（平方公里阵）无线电任务观测银河系隆起有可能探测到$m_a \in \left[0.1 \ μ\text{eV}, 200 \ μ\text{eV}\right]$范围内的轴子质量的此类事件，即使轴子在暗物质中所占的比例可以忽略不计。
2020-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Identifying axion conversion in compact star magnetospheres with radio-wave polarization signatures
本研究通过射线追踪方法计算中子星磁层中轴子转换产生的射电信号（AIRSs）的偏振特性，发现其具有窄带宽和独特偏振特征，可用于识别轴子转换信号。
2023-10-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Pair Plasma Cascade in Rotating Black Hole Magnetospheres with Split Monopole Flux Model
本文研究克尔黑洞磁层中准球形气体分布下的正负电子对级联，发现级联效率在喷流轴处最大且背景光子谱指数为2时效率最高，为理解Sgr A*等超大质量黑洞喷流供能机制提供依据。
2023-10-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
The spectral simulations of axisymmetric force-free pulsar magnetosphere
本文采用具有吸收外边界的拟谱方法求解了一组含时无力方程。在该方法中，电场和磁场都被展开的矢量球谐函数（VSH）的功能在球面几何和解析的磁场的无发散性强制执行的投影方法。我们的模拟表明，我们的伪谱代码可以很好地再现Deutsch真空解和Michel单极解。此外，该方法被用来呈现与时间相关的模拟力的脉冲星磁层的一个对齐的转子。模拟结果表明，该方法可以很好地分辨出赤道面内的电流片，得到的稳态下的自旋光度与Spitkovsky（2006）给出的数值吻合较好.
2015-11-25 astro-ph.HE
Radiative pulsar magnetospheres: oblique rotators
脉冲星的磁层充满了相对论对，它们从射电波长中大量发射光子，能量高达GeV，有时在TeV范围内。高效的粒子加速将恒星旋转动能转化为无线电、X射线和伽马射线光子。没有力的磁层没有耗散，不能进行这种转换。某些非理想的等离子体效应必然会在磁层中产生。在本文中，我们计算脉冲星辐射磁层的辐射反应极限，辐射完全平衡单粒子加速度的数值解。使用适当的欧姆定律，耗散仅由对多重性因子~ $κ$控制。此外，我们允许一个最小的辐射区域，其中仅在需要时添加耗散，或者允许一个无外力的内部辐射外部模型。这种方法自然地和自洽地将粒子动力学与其在超相对论性区域中的辐射场联系起来。我们的解决方案倾向于适度大的多重性，$κ\gg 1$，减少自旋向下的能量转化为辐射的无力限制。然而，对于足够低的多重性$κ\lesssim1$，一个显着的部分自旋下降的能量流入辐射通过粒子加速。电磁场对等离子体所作的功主要发生在光柱外的条纹风的电流片中。然而，无论模型如何，对磁拓扑结构的影响都可以忽略不计。因此，如图所示，相关的天空图和光变曲线仅受到微弱的影响。
2022-02-25 astro-ph.HE
Axion-Photon Conversion in Neutron Star Magnetospheres: The Role of the Plasma in the Goldreich-Julian Model
对轴子暗物质存在的最有希望的间接搜索是使用射电望远镜来寻找中子星磁层中轴子共振转换产生的窄谱线。不幸的是，大量的理论不确定性阻碍了这种搜索策略被完全接受为鲁棒的。在这项工作中，我们试图解决与等离子体的作用和影响有关的主要悬而未决的问题，包括：磁层中无线电光子的折射和反射是否会引起通量的强烈不均匀性，$(i)$的折射是否会引起过早的轴子-光子退相，$(iii)$光子-等离子体相互作用在多大程度上会引起谱线的加宽，$(iv)$的通量具有很强的时间依赖性，和$(v)$可以由轴子源的无线电光子被等离子体吸收。我们提出了一种基于光线跟踪的端到端分析管道，该管道利用最先进的自动微分算法将光子从转换表面传播到渐近大距离。采用电荷对称的Goldreich-Julian模型的磁层，我们表明，合理的参数应该期待一个强大的各向异性的信号，折射引起的轴光子退相，显着的线加宽，一个变量的时间依赖性的磁通量，并为足够大的磁场，各向异性吸收。我们的模拟代码是足够灵活的后续研究与大范围的磁层模型作为基础。
2022-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Black Hole Magnetospheres
本文研究了在不同天体物理条件下克尔黑洞周围的稳态无力磁层结构。解Psi（r，theta）取决于磁场角速度ω（Psi）和极向电流I（Psi）的分布。这些获得自洽的本征函数，使解决方案顺利地跨越两个奇异的表面的问题，内光表面（ILS）内的能层，和外光表面（OLS），这是广义的脉冲星光柱。穿过两个奇异表面（例如，抛物面）的磁场配置被唯一地确定。只穿过一个光表面的黑洞（例如，嵌入垂直磁场中的旋转黑洞的人造情况）是简并的。我们发现，类似于类星体，黑洞磁层自然发展的电流片，潜在的黑洞旋转能量的耗散和高能辐射的发射中起着非常重要的作用。
2014-04-30 astro-ph.HE
On the Global Structure of Pulsar Force-free Magnetosphere
起源于脉冲星磁层的等离子体改变了中子星的偶极磁场结构。在最简单的情况下，一个静止的轴对称无力磁层，一个自洽的描述的领域和电流是由著名的脉冲星方程。在这里，我们修改了常用的边界条件的问题，以纳入等离子体产生的差距，并提供一个框架，一个真正的自我一致的治疗脉冲星磁层。发现了脉冲星方程的广义多极解，与通常的分裂多极解相比，它更能反映大距离偶极无力场的特征.特别地，外部间隙位置完全在光圆柱体内部意味着在光圆柱体之外，零线和临界线应该对准并且在一定高度处平行于赤道。我们的计划脉冲星力自由磁层，这将有希望遵循广泛的分析和数值研究，可能有许多脉冲星研究的不同领域的影响。
2013-01-16 astro-ph.HE
The Force-Free Magnetosphere of a Rotating Black Hole
我们重新研究了Blandford & Znajek（1977）过程，并求解了控制Kerr黑洞周围稳态无力磁层结构的基本方程。该解依赖于磁场角速度ω和极向电流I的分布。这些都不是任意的。它们是自洽地确定的，要求磁场线平滑地穿过问题的两个奇异表面，即位于能层内部的内“光表面”和外“光表面”，这是脉冲星光圆柱体的概括。我们找到了最简单的可能的磁场配置的解决方案，分裂磁场，通过一个数值迭代松弛方法类似于一个产生的稳态轴对称无力脉冲星磁层的结构（Contopoulos，Kazanas & Fendt 1999）。我们得到的电磁提取的能量的速率，并确认Blandford和Znajek和以前的时间相关的模拟的结果。此外，我们讨论的物理适用性的磁场配置，不跨越两个“轻表面”。
2013-01-22 astro-ph.HE
Force-free electrodynamics near rotation axis of a Kerr black hole
尽管它们对于理解天体物理学喷流具有潜在的重要性，但克尔黑洞周围磁层的物理上现实的精确解还没有找到，即使在无力近似下。相反，近似的分析解决方案，如Blandford-Znajek（分裂），以及数值解，已被构造。在本文中，我们考虑一种新的方法来分析和建设这样的磁层。我们考虑无力电动力学靠近磁层的旋转轴周围的克尔黑洞假设轴对称。这是无力近似应该工作得最好的区域，也是射流所在的区域。我们进行了系统的研究（分裂）抛物面，抛物面和垂直渐近行为的渐近区域。施加类似于（分裂）的渐近性，我们发现在某些假设下，要求在旋转轴和事件视界的规律性限制流方程的解决方案这么多，它是不可能的解决方案是连续连接到静态（分裂）的史瓦西黑洞周围的旋转极限为零。一方面，这一结果为文献[1]中Blandford-Znajek（split-）算子的渐近性所发现的问题提供了独立的证据。另一方面，我们也指出了我们的论点中可能的警告，人们可以想象地利用修改的布兰德福德-Znajek（分裂）的微扰建设。
2020-01-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Green Bank and Effelsberg Radio Telescope Searches for Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
在中子星周围的强磁场中，轴子暗物质（DM）可以转化为射频电磁辐射。这样一个过程的无线电特征将是一个超窄的光谱峰值，其频率由轴子粒子的质量决定。我们分析了我们从罗伯特·C. Byrd Green Bank望远镜在L波段，Effelsberg 100米望远镜在L波段和S波段，从一些来源，包括银河系的银河系中心和附近孤立的中子星RX J0720.4-3125和RX J0806.4-4123，预计将产生明亮的轴子-光子转换信号。我们没有发现轴子DM的证据，并能够设置一些最强的约束，到目前为止，在高度积极的质量范围之间的~5-11 $μ$ eV的轴子DM的存在。
2020-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gamma Rays from ALP-Photon Conversion and Inverse Compton Reprocessing in Neutron Star Magnetospheres
University of Salamanca（萨拉曼卡大学）；INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano（意大利国家天体物理研究所米兰空间天体物理与宇宙学研究所）；INFN, Sezione di Pavia（意大利国家核物理学院帕维亚分部）；Instituto de Fısica de Cantabria (IFCA, UC-CSIC)（坎塔布里亚物理研究所）
本文研究中子星内部类轴子粒子产生及其在磁层中转换为光子的过程，结合银河磁场传播与逆康普顿再处理，评估其伽马射线信号的可探测性并推导观测约束与灵敏度。
2026-08-04 astro-ph.HE hep-ph
Searching for axion dark matter conversion spectral lines in neutron star magnetospheres with FAST
Tibet University（西藏大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院射电天文与技术重点实验室）
利用FAST观测两颗X射线暗孤立中子星，未发现显著轴子转换谱线，但给出了轴子-光子耦合常数的新上限，是目前该质量区间最严格的约束。
2026-06-17 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Linear Mode Conversion in Ultramagnetized Pair Plasmas: Single-Parameter Scaling
Dartmouth College（达特茅斯学院）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出了一种统一理论，描述中子星磁层中Alfven、超光速寻常和异常模式之间的线性转换，通过单参数控制转换效率，解释了脉冲星和快速射电暴的偏振特征。
2026-03-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
X-ray emission spectrum for axion-photon conversion in magnetospheres of strongly magnetized neutron stars
该研究针对强磁化中子星磁层的轴子-光子转换问题，结合修正TOV方程、三种物态方程与NSCool代码计算轴子发射及转换光子通量，通过与RXJ 1856.5-3754的观测数据比对，给出了轴子质量的约束范围。
2024-06-20 astro-ph.HE hep-ph
Magnetic Hair and Reconnection in Black Hole Magnetospheres
广义相对论的无毛定理指出，孤立的黑洞由三个参数表征：质量、自旋和电荷。在这封信中，我们考虑克尔黑洞赋予高度磁化等离子体充满磁层。利用广义相对论动力学等离子体和电阻性磁流体力学模拟，我们表明，一个偶极磁场的事件视界打开到一个分裂的，并重新连接在一个等离子体团不稳定的电流片。在应力-能量张量的所有分量随时间呈指数衰减的意义上，无毛定理得到满足。测量了无碰撞和碰撞等离子体中等离子体团主导重联的事件视界上磁通量的衰减时间。当磁场很强时，重连的磁层应该是一个强有力的硬X射线发射源。
2021-09-29 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Fourth-order split monopole perturbation solutions to the Blandford-Znajek mechanism
Blandford-Znajek（BZ）机制描述了一个从旋转黑洞（BH）中提取能量的物理过程，BH被认为是活动星系核（AGN）和伽马射线暴（GRB）等多种天体物理源的能量来源。BZ机制的唯一已知解析解是直到$O(a^2)$的分裂微扰解，其中$a$是Kerr黑洞的自旋参数。本文将该解推广到高阶$\sim O(a^4)$。我们仔细研究了BH磁层的结构，包括磁力线的角速度$Ω$，环向磁场$B^ϕ$以及极向电流$I$。此外，还研究了相应的能量提取率$\dot E$和这种高阶微扰解的稳定性。
2015-03-17 astro-ph.HE gr-qc
Magnetic absorption of VHE photons in the magnetosphere of the Crab pulsar
MAGIC和VERITAS合作报告的蟹状星云脉冲星脉冲$\sim 1 $ ~TeV伽马射线辐射的探测需要对脉冲星磁层中粒子加速的现有模型进行重大修订。在这方面，对VHE光子的可能产生位置的模型独立限制成为重要问题。在本文中，我们考虑的限制所施加的VHE伽马射线转换成$e^{\pm}$对的脉冲星磁层的磁场的过程。能量超过1~TeV的光子即使在离中子星表面很远的地方也能被有效吸收。我们对无力磁层中磁吸收的计算表明，由于脉冲星旋转而导致的磁场扭曲使磁层比偶极磁层更透明。伽马射线的吸收似乎更强的光子发射的旋转方向比在相反的方向。有一个小的角锥，在这个角锥内磁层相对透明，能量为$1.5$ ~TeV的光子可以从超过$0.1$ ~光柱半径（$R_{\rm{lc}}$）的距离逃逸。光子可以在观察者的方向上发射的发射表面进一步限制了VHE伽马射线产生的位置。对于相对于蟹状星云脉冲星旋转轴和正交旋转的观测角$57^{\circ}$，对于偶极磁场，开磁力线区域中的发射表面与恒星表面的距离接近$0.4\,R_{\rm{lc}}$，对于无力磁场，接近$0.1\,R_{\rm{lc}}$。
2019-02-04 astro-ph.HE
Efficiency of Synchrotron Radiation from Rotation-Powered Pulsars
同步辐射被广泛认为是旋转驱动的光子晶体在光学和X射线波段的脉冲非热辐射的来源。本文研究了脉冲星磁层中产生的电子和正电子对所发射的同步辐射，以限制坡印亭通量到粒子能流的能量转换效率。我们模拟了两个对的产生过程，在年轻的$γ$射线双星（$\lesssim10^6$ yr）中有效工作的双光子碰撞，以及在老双星（$\gtrsim10^6$ yr）中提供对的主要过程磁对的产生。利用解析模型，我们推导出最大同步辐射亮度作为能量转换效率的函数。通过与观测结果的比较，我们发现，尽管我们对同步辐射亮度的增大作了一些乐观的假设，但在磁层中，加速粒子的能量转换效率应该是一个统一的数量级。为了解释低自旋亮度恒星$L_{\rm sd}\lesssim10^{34}$ erg s $^{-1}$的非热X射线/光发射的亮度，非偶极磁场分量在发射区应占主导地位。对于具有$L_{\rm sd}\lesssim10^{35}$ erg为$^{-1}$的$γ$射线辐射源，观测到的$γ$射线与X射线和光通量比远高于曲率与同步辐射之间的通量比。我们讨论了一些可能性，如共存的多个加速器在磁层的建议，从最近的数值模拟结果。获得的最大光度值将有助于在X射线和光学波段选择观测目标。
2017-02-11 astro-ph.HE
Crustal Quakes Spark Magnetospheric Blasts: Imprints of Realistic Magnetar Crust Oscillations on the Fast Radio Burst Signal
本文将磁星地壳的磁弹性动力学模拟与磁层的三维相对论电动力学模拟结合，揭示地壳振荡触发磁层波并引发多种非线性现象，为快速射电暴机制提供约束。
2025-08-25 astro-ph.HE
Resistive alignment of a black-hole magnetosphere
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP)（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内科克研究所）
针对黑洞磁层磁轴与自转轴对准的物理起源问题，研究人员建立电阻相对论性磁流体力学解析理论，结合resistive-GRMHD模拟验证，发现该对准源于Blandford-Znajek解的二阶自旋效应与电阻耗散共同作用，且模拟结果与解析预测定量吻合。
2026-10-19 astro-ph.HE hep-th physics.plasm-ph
Resonant Conversion of Gravitational Waves in Neutron Star Magnetospheres
本研究计算了中子星磁层中通过逆Gertsenshtein机制将引力波共振转换为光子的过程，利用X射线和红外观测对高频随机引力波背景设定了强约束，其频率范围与实验室搜索互补。
2024-06-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axisymmetric force-free magnetosphere of a pulsar. I. The structure close to the magnetic axis
对脉冲星静止轴对称无力磁层进行了解析研究。脉冲星方程在磁轴附近区域求解。从轴向区域电流函数的线性化出发，我们发现轴向磁通量函数在中子星上方的任何高度都是有效的。这个函数被用来作为一个起始近似开发系列的非线性脉冲星方程在极地地区。考虑到脉冲星磁通量在无穷远处的准单极特性，我们得到了磁通量和电流函数的唯一渐近级数。在无穷远处，这两个函数都很接近，但不等同于已知的无力粒子的情况。发现极隙顶部的通量函数与中子星表面的偶极通量函数不同。结果表明，闭合中子星表面脉冲星电路的横向电流片与全球磁层结构一致，小极角下的粒子流可以排除，稳态级联的情况是可以接受的.本文件是第一步，对完整的分析描述的脉冲星力自由磁层允许等离子体产生的差距和脉冲星电流电路闭合。
2012-08-31 astro-ph.HE astro-ph.SR
Pair Discharges and Radio Emission from Millisecond-Pulsar and White-Dwarf Magnetospheres
Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系）
该研究针对弱场致密天体磁层，提出含两类QED过程的新型对放电机制，通过粒子模拟验证其可产生对级联与相干射电辐射，解释了毫秒脉冲星和白矮星的射电活动。
2026-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Black hole pulsars and monster shocks as outcomes of black hole--neutron star mergers
通过磁流体动力学模拟发现，强磁场中子星与黑洞并合后，黑洞磁层会形成巨型激波和类脉冲星状态，产生快速射电暴和X/γ射线暴两种电磁对应体。
2025-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Hair of astrophysical black holes
“无毛”定理不适用于旋转中子星坍缩形成的黑洞。旋转的中子星可以通过真空击穿自我产生粒子，形成一个高传导的等离子体磁层，这样磁场线在坍缩之前和坍缩期间都有效地“冻结”在恒星中。在没有电阻率的限制下，这引入了拓扑约束，其禁止磁场滑出新形成的事件视界。因此，在中子星坍缩成黑洞的过程中，黑洞保持磁通管的数量N_B = e Φ_ \infty /（πc \hbar），其中Φ_ \infty是通过母星半球并向外无穷远的初始磁通量。黑洞的磁层随后弛豫到分裂的磁层磁场几何形状，并在事件视界外产生自生电流。由此产生的赤道电流片的耗散导致锚定的通量管的缓慢损失，这一过程使黑洞在长的电阻时间尺度上变秃，而不是真空“无毛”定理所预期的短的光交叉时间尺度。
2012-09-17 astro-ph.HE
Relativistic jet acceleration region in a black hole magnetosphere
讨论了旋转黑洞磁层中的稳态和轴对称跨磁声外流。从位于BH附近的等离子体源喷射的等离子体被加速远离以形成相对论性喷流。在这项研究中，等离子体加速效率和电磁能的流体能量转换被认为是通过使用由Takahashi & Tomimatsu（2008）导出的跨快磁声流解。考虑到磁流体动力学流动的参数依赖性，我们根据最近的M87喷流观测资料，寻找了跨磁音速出流解的参数，得到了磁化喷流中出流的磁场线和角动量的角速度值。因此，我们估计的位置外轻表面，阿尔文表面，和分离表面的流动。我们还讨论了来自旋转BH的电磁能通量（即，Blandford-Znajek过程），这表明能量提取机制对M87相对论性喷流是有效的。
2021-09-13 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Magnetospheres of Black Hole Systems in Force-Free Plasma
黑洞与周围磁场的相互作用对各种高能天体物理现象都很重要。我们在无力近似下研究了这种相互作用，其中假设稀薄等离子体的惯性为零。Blandford和Znajek（BZ）用这种方法证明了在静止和轴对称的单黑洞系统中，部分黑洞的能量转化为电磁波印廷通量。我们采用这种方法，并将其扩展到检查不对称，最重要的是，动力系统，通过实施耦合到麦克斯韦方程组的广义相对论的完全非线性场方程。对于单个黑洞，我们特别研究的坡印廷通量的依赖性，并表明，即使对于黑洞自旋和渐近磁场的方向之间的错位，坡印廷通量产生的亮度依赖于这种错位。对于二元黑洞系统，我们表明，在头上和轨道的情况下，运动的黑洞产生坡印亭通量。
2010-07-07 astro-ph.HE gr-qc
Constraining Axion-Like-Particles with Hard X-ray Emission from Magnetars
磁星核心产生的类轴子粒子（ALP）会在磁层中转化为光子，导致硬X射线波段的可能特征。我们进行了详细的计算ALP光子转换概率在磁层，重铸耦合微分方程，描述ALP光子传播成一种形式，是有效的大规模数值扫描。我们显示的ALP能量，质量，ALP-光子耦合，磁星半径，表面磁场，和之间的角度的磁场和传播方向的转换概率的依赖关系。一路上，我们开发了一个分析的形式主义，在更一般的$n$状态振荡系统进行类似的计算。假设ALP发射率从核心，只是次主导中微子发射，我们计算的ALP质量与ALP光子耦合空间的约束，以SGR 1806-20为例。特别是，我们采取基准值的磁星半径和核心温度，并约束ALP参数空间的要求，ALP-光子转换的光度不应超过总的观测光度的磁星。由此产生的约束条件是竞争力的ALP参数空间的相关部分从日光镜实验的约束。
2019-02-14 astro-ph.HE hep-ph
Centrifugal breakout reconnection as the electron acceleration mechanism powering the radio magnetospheres of early-type stars
磁性B星经常表现出圆偏振的无线电辐射，被认为是由被困在星周磁层中的高能电子的回旋同步辐射引起的。最近的经验分析表明，观测到的射电辐射的起始和强度与磁场强度和恒星自转速率成比例。这挑战了现有的范式，即高能电子在磁化恒星风外部区域的相反极性场线之间的电流片中加速，其中不包括恒星旋转的作用。最近成功地解释了一个类似的旋转场的H $α$线发射的模型，其中磁层密度调节离心突破（CBO）方面的依赖关系的基础上，我们在这里研究相关的CBO驱动的磁重联在加速电子发射所观察到的回旋同步辐射的潜在作用。我们特别表明，CBO重联的能量生产的理论比例匹配以及观测到的射电光度的经验趋势，具有适当的小，几乎恒定的转换效率$ε\approx 10^{-8}$。我们总结了我们的CBO标度与以前的协会与电动势的显着优势，并讨论了CBO过程的X射线和其他观察到的旋转磁性B星离心磁层的特性的潜在影响。
2022-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Properties of Trans-fast Magnetosonic Jets in Black Hole Magnetospheres
从强引力区到渐近平坦时空区的相对论喷流在距离上跨越几个数量级，被认为是由几个广义相对论磁流体动力学（GRMHD）过程组成。我们提出了一个半解析的方法来模拟一个跨快磁声相对论性喷流的全球结构，这应该是从一个等离子体源附近的黑洞在一个漏斗区域封闭的密集吸积流和周围的黑洞盘冠。我们的模型始终包括流入和流出部分的GRMHD解决方案沿磁场线穿透黑洞地平线。当黑洞的转动能被负能GRMHD流入电磁提取后，巨大的电磁能流穿过等离子体源从流入区传播到流出区，在流出区电磁能转化为流体的动能。最终，加速的外流必须超过快磁声波的速度。我们应用半解析的trans-fast magnetosonic流模型的黑洞磁层的抛物线和分裂的磁场配置，并讨论了一般的流动性质，即喷流加速，喷流磁化，和黑洞磁层的一些特征表面的位置。我们已经证实，在大的距离，GRMHD喷流解决方案是在良好的协议与以前已知的跨快速特殊相对论磁流体动力学（SRMHD）喷流特性，如预期的。该模型的灵活性提供了一个快速和启发式的方法来近似全球GRMHD跨快磁声喷流的属性。
2020-02-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Magnetars and Axion-like Particles: Probes with the Hard X-ray Spectrum
中子星的静态硬X射线和软γ射线辐射是研究类轴子粒子的重要前沿。核心中ALP的产生在几keV到几百keV的能量处达到峰值;随后，ALP逃逸并在磁层中转化为光子。发射率为$\sim T^6$，而转换概率在大磁场下增强，这使得磁星具有高核心温度和强磁场，是探测ALP的理想目标。我们计算的能量谱的光子产生的转换的ALP在磁层，然后将其与硬X射线数据从NuSTAR，INTEGRAL，和XMM-牛顿，一组8个磁星，这样的数据存在。上限被放置在ALP-核子和ALP-光子耦合的产品。对于核内的产生，我们用相对论平均场论模型计算了简并核物质的ALP发射率。由于改进的一π交换近似的发射率的减少被纳入，因为是抑制的发射率由于质子超流性的中子星的核心。核心温度的范围被认为是，对应于不同的模型的稳定的热传递从核心到恒星表面。对于随后的转换，我们解决了耦合微分方程混合ALP和光子在磁层。由于偶极磁场和由外部磁场引起的光子折射率之间的竞争，发生转换。半解析表达式旁边提供了完整的数值结果。我们还提出了一个分析的不确定性的轴子限制，我们得到由于磁星质量，核物质状态方程的不确定性，质子超流临界温度。
2021-07-15 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Analytic properties of force-free jets in the Kerr spacetime- I
Blandford-Znajek（BZ）机制描述了一个通过磁力线穿过黑洞中心视界从旋转黑洞中提取旋转能量的过程。本文提出了一种研究BZ机制产生的无力喷流的微扰方法，并给出了它的两个直接应用：（1）给出了BZ机制的高阶分裂微扰解，它精确地确定了能量提取率$\dot E$，并很好地描述了BH磁层的结构（2）该方法给出了Kerr时空中磁势场位形的精确约束$0\leq a\leq 1$，其中$A_ϕ$是电磁场矢势的$ϕ-$分量，$Ω$是磁力线的角速度，$I$是极向电流.约束是特别重要的基准数值模拟的准确性。
2015-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Adiabatic Axion-Photon Mixing Near Neutron Stars
本文研究了强磁场中子星表面附近的绝热轴子-光子相空间演化，首次量化了高耦合下的射电通量特性，发现先前对射电通量抑制的处理过于保守，且该抑制在针对中子星群体的射电观测中可被大幅规避。
2024-01-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
High-energy radiation from the pulsar Equatorial Current Sheet
Université de Strasbourg, CNRS, Observatoire astronomique de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Research Center for Astronomy and Applied Mathematics, Academy of Athens（雅典科学院天文与应用数学研究中心）
本文基于脉冲星磁层中赤道电流层的高能辐射产生机制，提出了一种基于第一性原理的新方法，通过理想力自由解确定电流层形状和外部磁场，并考虑耗散时的额外电场和磁场成分，以生成高能辐射的现实天空图，并与PIC模拟结果进行比较。
2026-05-20 astro-ph.HE
Conversion of Emitted Axionic Dark Matter to Photons for Non-Rotating Magnetized Neutron Stars
本文研究强磁场下非旋转磁化中子星中修正TOV方程对轴子、中微子及光子光度的影响，采用APR和FPS状态方程与NSCool代码计算PBF发射率，并分析轴子转化为光子的过程，发现强磁场显著改变轴子能谱和转化光子通量。
2024-02-20 astro-ph.HE hep-ph
Interaction of Black Hole Magnetospheres with Inclined Ambient Fields
Institute of Experimental and Theoretical Physics, Al-Farabi Kazakh National University（阿尔法拉比哈萨克国立大学实验与理论物理研究所）；Research Centre for Theoretical Physics and Astrophysics, Institute of Physics, Silesian University in Opava（俄帕瓦西里西亚大学物理学院理论物理与天体物理学研究中心）；Department of Physics, Kazakh National Women’s Teacher Training University（哈萨克斯坦国立女子师范大学物理系）
研究黑洞磁osphere与倾斜环境磁场的相互作用，发现外部磁场可抑制磁通量，影响喷流形成和熄灭机制。
2026-01-28 astro-ph.HE gr-qc
Neutron stars as photon double-lenses: constraining resonant conversion into ALPs
本研究提出利用磁星附近自由电子与辐射场对光子质量的相反贡献形成的共振条件，通过磁星SGR J1745-2900验证可提升轴子-光子耦合限制，为类轴子粒子搜寻提供新途径。
2023-10-09 astro-ph.HE hep-ph
Slowly balding black holes
“无毛”定理是广义相对论的一个关键结果，它指出一个孤立的黑洞只由三个参数定义：质量、角动量和电荷;这个渐近状态是在光交叉的时间尺度上达到的。我们发现“无毛”定理在形式上不适用于旋转中子星坍缩形成的黑洞。旋转的中子星可以通过真空击穿自我产生粒子，形成一个高传导的等离子体磁层，这样磁场线在坍缩之前和坍缩期间都有效地“冻结”在恒星中。在没有电阻率的限制下，这引入了拓扑约束，其禁止磁场滑出新形成的事件视界。因此，在中子星坍缩成黑洞的过程中，后者保持了磁通量管$N_B = e Φ_\infty /(πc \hbar)$的数量，其中$Φ_\infty \approx 2 π^2 B_{NS} R_{NS}^3 /(P_{\rm NS} c)$是通过祖星半球并到达无穷大的初始磁通量。我们通过三维广义相对论等离子体模拟旋转的黑洞，开始与中子星偶极子磁场没有电流最初存在于事件视界之外的测试这一理论结果。黑洞的磁层随后弛豫到分裂的磁层磁场几何形状，并在事件视界外产生自生电流。由此产生的赤道电流片的耗散导致锚定通量管的缓慢损失，这一过程使黑洞在长电阻时间尺度上变秃，而不是真空“无毛”定理所预期的短光穿越时间尺度。
2011-09-03 astro-ph.HE
Potential solar axion signatures in X-ray observations with the XMM-Newton observatory
在欧空局的XMM-牛顿天文台的范围内评价了太阳轴子在地球磁场中产生的软X射线通量。最近对轴子转换X射线散射的计算表明，向阳的磁层可能是一个可观测到的0.2-10 keV光子源。对于XMM-牛顿，任何转换X射线强度将由于向阳磁场区域的可见度变化而季节性地调制。本文将一个简单的地磁场模型与XMM-牛顿星历相结合，预报了转换X射线强度的季节变化。该模型进行了比较与堆叠XMM牛顿空白天空数据集，从点源已被系统地删除。值得注意的是，观察到季节性变化的X射线背景信号。EPIC计数率与其X射线抓握的比率有关，表明非仪器性外部光子源，显著性为11（pn）、4（MOS 1）和5（MOS 2）σ。在空间上、时间上和宇宙X射线背景方面检查了组分观测之后，我们得出结论，这种可变信号与太阳轴子在地球磁场中的转换是一致的。光谱是一致的太阳轴子光谱占主导地位的韧致辐射和康普顿的过程，即轴子-电子耦合占主导地位的轴子-光子耦合和轴子光谱的峰值低于1千电子伏。对于微电子伏范围内的轴子质量，导出轴子-光子和轴子-电子耦合常数的乘积为2.2e-22 /GeV。与白矮星冷却极限的比较可能不适用，因为它们指的是0.01 eV范围内的轴子。初步结果给出的轴子转换X射线线的搜索，特别是预测的功能，由于硅，硫和铁的太阳能核心，和14.4 keV的过渡线从57 Fe。
2014-09-13 astro-ph.HE
Modeling of Gamma-Ray Pulsar Light Curves with Force-Free Magnetic Field
（节略）伽马射线辐射的恒星长期以来一直使用真空偶极场模拟。这种近似忽略了磁场结构的变化所造成的磁层等离子体和强大的等离子体电流。我们提出的第一个结果的伽玛射线脉冲星的光变曲线建模使用更现实的领域从三维无力磁层模拟。有了场的几何形状，我们对发射区的位置应用了几个处方，将光变曲线与观测结果进行比较。我们发现，传统的两极焦散模型不能产生双峰脉冲轮廓，主要是因为在无力磁层的极性帽的大小大于真空场极性帽。传统的外间隙模型在一般条件下只能产生一个峰，因为大部分的开场线不穿过零电荷表面。我们提出了一种新的“分界线层”模型，其中的高能量发射起源于一个薄层上的开放场线内的分界线，界定开放的通量管。由于我们称之为“天图停滞”（SMS）的效果，来自该层的发射在天图上产生两个强焦散。这与无力场渐近地接近旋转分裂磁力线的场，以及在外磁层中沿这种磁力线发射的光子同相到达观测者有关。双峰光变曲线是SMS的自然结果。我们表明，目前可用的伽玛射线脉冲星光变曲线的大部分功能可以合理地很好地再现和解释与sepatratrix模型使用的无力场。发射区与电流片的关联将指导今后更详细的磁层加速物理学研究。
2010-04-11 astro-ph.HE
An Exact Engine for Black-Hole Jets
Sapienza Università di Roma（罗马大学）；ICRANet（国际相对论天体物理中心网络）；INAF – Osservatorio Astronomico d’Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）；Marcel Grossmann Center（马塞尔·格罗斯曼中心）
本文提出了黑洞喷流的精确引擎模型，揭示Blandford–Znajek机制并非精确解，证明稳态喷流不可能存在，确定喷流功率上限与黑洞衰变质量占比，完善了黑洞力学与喷流的理论框架。
2026-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave Scattering on Magnetic Fields
本文将引力波在磁场中转化为电磁波的逆Gertsenshtein效应重新表述为远场经典电动力学问题，推导了发射电磁波的角分布与偏振，并证明偶极场可将非偏振随机引力波背景转化为沿赤道峰值发射的偏振电磁辐射，同时给出纳入介质效应的框架以描述中子星磁层中的转化过程。
2025-07-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
High Sensitivity Methodologies to Detect Radio Band Gravitational Waves
Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University（北京师范大学前沿天文与天体物理研究所）；Department of Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学天文系）；Bureau of Frontier Science and Education, Chinese Academy of Sciences（中国科学院前沿科学与教育局）
本文研究了通过Gertsenshtein-Zeldovich效应将引力波与磁场共振，产生电磁信号的方法，探讨了FAST和SKA2-MID望远镜在脉冲星磁层中检测无线电波引力波的灵敏度，并提出四种观测方法以提高探测灵敏度。
2026-05-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic power of merging and collapsing compact objects
[摘要]电磁辐射可以作为合并的前兆产生，作为NS坍缩期间和所产生的BH自旋下降阶段的即时发射。我们证明了轴对称无力磁场的时间演化可以用双曲型Grad-Shafranov方程来表示。在史瓦西几何中，我们发现了由自旋和坍缩NS驱动的磁层的精确的非线性含时劈裂结构。基于这个解决方案，我们认为，崩溃的NS到BH顺利发生，没有自然形成的电流片或其他耗散结构的开放场线，因此，不允许磁场成为断开连接的明星和逃逸到无穷大。因此，只要一个孤立的克尔黑洞能够产生等离子体和电流，它就不会失去它的开放磁场线，它的磁层结构朝着分裂的方向发展，黑洞就会电磁地自旋下来。假设外部介质是真空的“无毛定理”在这种情况下不适用：高导电等离子体引入了禁止磁场线与BH断开的拓扑约束。最终，一个随机的大规模自发重联事件将导致磁场释放，永远关闭电磁BH引擎。我们还讨论了短的伽马射线暴的性质，并建议，早期余辉性质的相似性的长和短的伽玛暴可以有关的事实，即在这两种情况下，一个旋转BH可以保留足够长的时间，以提取其旋转能量的大部分，并通过风中的内部耗散产生高能量的发射磁场。
2011-04-06 astro-ph.HE gr-qc
Ohm's Law, the Reconnection Rate, and Energy Conversion in Collisionless Magnetic Reconnection
本综述聚焦无碰撞等离子体，基于第一性原理动力学模拟与星载观测，探讨了广义欧姆定律中非理想电场打破冻结通量条件引发磁重联的机制，重联率的确定方法，以及扩散区能量转换的诊断与建模。
2024-06-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
