HOW-MHD: A High-Order WENO-Based Magnetohydrodynamic Code with a High-Order Constrained Transport Algorithm for Astrophysical Applications
本文提出HOW-MHD程序，结合五阶WENO格式、四阶五级SSPRK方法及新开发的高阶约束传输算法，以高阶精度求解理想绝热或等温MHD方程，并通过多种测试验证其精度、可靠性与在天体物理MHD模拟中的应用价值。
2023-06-19 astro-ph.HE
Kinematic links and the co-evolution of MHD winds, jets, and inner disks from a high-resolution optical [OI] survey
我们在光谱分辨率为$\sim7$ km/s的条件下，对65颗金牛座T星在6300 nm处的光学[OI]发射进行了观测。过去的工作确定了一个高度蓝移的速度分量（HVC）跟踪微射流，和一个不太蓝移的低速分量（LVC）归因于风。在这里，我们专注于LVC运动学调查风，喷气机，吸积和磁盘分散之间的联系。我们跟踪四种类型的LVC分量的行为：LVC中的宽分量和窄分量（“BC”和“NC”），其被分解成两个高斯，其通常具有HVC，以及单高斯LVC分布被分离成具有HVC的分布（“SCJ”）和不具有HVC的分布（“SC”）。LVC质心速度和线宽与HVC等效宽度和吸积光度相关，表明LVC/风和HVC/喷流在运动学上与吸积有关。HVC速度与吸积光度相关，表明更快的喷流伴随着更高的吸积。BC和NC运动学相关，并且它们的蓝移在$\sim 35^{\circ}$处最大，表明具有这种半开角的锥形风几何形状。只有SC包括$n_{13-31}$到$\sim3$，它们的性质与这个红外指数相关，表明随着内部尘埃的耗尽，[OI]发射向更大的半径退去，追踪密度较低/热气体和风速的降低。总之，这些研究结果支持这样一种情况，即光学厚，吸积内盘发射径向延伸的MHD盘风，供给射流，以及内盘风后退到更大的半径和射流消失在音乐会与灰尘耗尽。
2018-11-15 astro-ph.HE
General Relativistic MHD Jets
磁场将旋转黑洞的周围环境连接到很远的距离，似乎是发射相对论喷流的最有希望的机制，这一想法首先由Blandford和Znajek在20世纪70年代中期提出。为了理解这个过程，我们提供了一个简要的介绍动力学和电磁学在时空附近的黑洞。然后，我们提出了一个简单的总结经典的Blandford-Znajek机制及其概念基础。最近，它已经成为可能，研究这些影响，更详细地使用数值模拟。在讨论了哪些方面的问题可以很好地处理的数值方法，哪些方面仍然超出了这些方法的掌握，我们总结了他们的结果。模拟已经证实，类似于经典的Blandford-Znajek机制的过程可以发射强大的电磁主导的喷流，并显示了喷流亮度如何与黑洞自旋和并发吸积率相关。然而，他们还表明，喷流的亮度和可变性可以强烈地依赖于磁场的几何形状。最后，我们将讨论几个重要的未决问题。
2009-09-14 astro-ph.HE
Synchrotron radiation of self-collimating relativistic MHD jets
本文的目的是从具有大尺度螺旋磁场的准直相对论磁流体动力学（MHD）射流的最新模拟模型中获得同步辐射的特征。我们用PLUTO程序对喷流加速区进行了轴对称的狭义相对论MHD模拟。计算域从磁盘的慢磁声发射表面延伸到6000 ^2史瓦西半径，允许达到高度相对论性的洛伦兹因子。坡印亭主导的盘风发展成洛伦兹因子为8的射流，并准直到1度。除了磁盘喷流，我们进化出一个热驱动的脊柱喷流，从一个假设的黑洞日冕。通过求解线偏振同步辐射在喷流中的输运，我们直接从Stokes参数导出了VLBI射电和（亚）毫米诊断，如核位移、偏振结构、强度图、光谱和法拉第旋转测度（RM）。我们还研究了依赖于光束分辨率和观测频率的退偏振和可探测性。我们发现非单调的内在RM配置文件，可以检测到在100史瓦西半径的分辨率。在我们的准直射流几何结构中，偏振方向上的严格双模态（如Pariev等人所预测的）。是可以规避的。由于相对论像差的存在，喷流中偏振矢量的不对称性可以暗示中心发动机的旋转方向。
2011-05-21 astro-ph.HE
Numerical simulations of MHD jets from Keplerian accretion disks I-Recollimation shocks
目的。我们希望在开普勒吸积盘的磁驱动稳态喷流的喷流模拟和分析研究之间建立牢固的联系。特别是，后者已经预测了由于主导环向应力而存在的回缩冲击，到目前为止，在平台模拟中从未观察到。方法.我们使用PLUTO代码对非相对论性喷流进行了一组轴对称MHD模拟。模拟旨在重现分析研究中通常预期的边界条件。我们改变两个参数：磁通量径向指数$α$和射流质量负载$κ$。为了达到巨大的前所未有的空间尺度所暗示的分析解决方案，一种新的方法，允许提高时间的演变已被使用。结果我们证实了存在的站立的reflimation冲击在大的距离，定性行为与质量负载$κ$在自相似的研究。这些激波很弱，对应于中等高的快磁声流中的斜激波。从椎间盘发出的喷射流聚焦到轴向内棘，这是连接到中央物体的流出物。这个脊柱的存在下，射流渐近有很强的影响。结论.内部平流激波可能产生可观察到的特征，如增强的排放和流动旋转速率的降低。然而，必须进行更真实的模拟，例如完全三维的模拟，以便研究非轴对称不稳定性，并且仅从盘中有限区域喷射，以便验证这些MHD再准直冲击及其性质是否被维持。
2022-10-26 astro-ph.HE
MHD Effects on Pulsed YSO Jets. I. 2.5-D Simulations
在本文中，我们探讨了辐射轴对称MHD喷流的动力学在高分辨率下使用AMR方法。这项研究的目标是确定这种射流的动力学和排放特性。为此，我们已经实现了微观物理使我们能够产生合成地图的H $α$和[S II]。射流通过随时间变化的喷射速度以正弦方式或随机方式脉动，这导致了如在先前的模拟中所看到的复杂的内部冲击和稀疏结构。我们的模拟的高分辨率使我们能够非常详细地探索收缩力（由于射流的环形磁场）在脉冲相互作用的“工作表面”内的效果。我们映射的强H $α$发射标记冲击前和强大的[S II]发射内部冷却区域后面的冲击与高分辨率图像的射流观察。我们发现，捏力在较强的字段的情况下产生额外的发射区域沿轴相比，纯粹的流体动力学运行。这些模拟是了解辐射MHD射流的完整三维发射特性的第一步。
2014-12-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Parsec-scale Faraday Rotation Measures from General Relativistic MHD Simulations of Active Galactic Nuclei Jets
这是第一次有可能将全球三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）喷流形成模拟直接与活动星系核（AGN）喷流pc尺度结构的超长基线干涉多频偏振观测进行比较。与需要对非热电子进行事后建模的喷流发射不同，法拉第旋转测量（RM）主要取决于模拟量，因此提供了一种鲁棒的方式来对抗模拟与观测。我们计算RM分布的3D全球GRMHD射流形成模拟，我们探讨模型和观测参数的依赖关系，强调签名的结构通用的MHD射流理论。通过典型的参数，我们发现可以重现观测到的震级和活动星系核喷流RM中发现的许多结构，包括横向RM梯度的存在。在我们的模拟中，RM是在射流本身的平滑延伸内产生的，包含有序的环形主导磁场。这导致在一个特定的双边形态，是不太可能出现由于法拉第旋转在遥远的前景云。然而，关键的努力，以探测法拉第屏幕将解决横向喷流结构。因此，无线电核心的RM可能不是旋转介质的属性的可靠指标。最后，我们能够约束喷流的粒子含量，发现在pc尺度AGN喷流是电磁主导的，大约2%的同向能量在非热轻子和重子少得多。
2010-06-25 astro-ph.HE
Combining PIC and MHD to model particle acceleration in astrophysical shocks
针对天体物理激波中非热离子加速难以同时兼顾宏观与微观物理模拟的问题，提出结合PIC-MHD的方法，在降低计算成本的同时追踪单粒子加速，并应用于多种激波配置以研究其对宇宙射线谱的贡献。
2025-09-15 astro-ph.HE
Linking accretion flow and particle acceleration in jets - II. Self-similar jet models with full relativistic MHD gravitational mass
我们提出了一个新的，半解析的形式主义模型的加速和准直的相对论性射流在引力势。引力能量密度包括动能、热能和电磁质量的贡献。从非常接近黑洞到引力不重要的区域，整个积分过程中的解都接近于自相似。磁力线与非常接近中心物体的条件相联系，最终过度准直，可能导致准直激波。这种准直冲击波可以提供扩散冲击波加速的条件，导致所观察到的电子布居数与幂律能量分布的射流。我们提供的推导，详细的分析的解决方案，并描述的影响的参数上的解决方案的属性，如洛伦兹因子和位置的准直冲击。我们还讨论了偏离自相似性。通过比较新的引力项和以前工作中由非相对论形式得到的引力项，我们证明了它们在非相对论极限下是等价的。这种等效性表明，在这项工作中采取的方法是有效的，并允许我们评论其局限性。
2013-11-21 astro-ph.HE
On the opening angle of magnetised jets from neutron-star mergers: the case of GRB170817A
对GW 170817/GRB 170817 A的观测证实了中子星双星的合并是短伽马射线暴的起源。在短伽马射线暴的标准图像中，一个准直的高度相对论性的外流在合并后被发射出来，它成功地从周围的喷射物质中爆发出来。利用数值相对论的二进制中子星合并模拟启发的初始条件，我们进行了广义相对论流体动力学（HD）和磁流体动力学（MHD）模拟中的射流发射和传播自洽。模拟结果表明：（i）MHD喷流具有内禀能量和速度极结构，其"空心“对向角为$θ_{\rm core}\approx4^{\circ}-5^{\circ}$，张开角为$θ_{\rm jet}\gtrsim10^{\circ}$ ;（ii）MHD喷流喷射出大量物质，比HD喷流多两个数量级;（iii）MHD喷流中的能量分层自然产生幂律能量标度$E(>Γβ)\propto(Γβ)^{-4.5}$ ;（iv）MHD喷流对GRB 170817 A的余辉数据的拟合比HD喷流的更好，而且没有自由参数;（v）最后，两个最佳拟合的HD/MHD模型都给出了GRB 170817 A的观测角$θ_{\rm obs} \simeq 21^{\circ}$。
2020-03-07 astro-ph.HE gr-qc
Classical and relativistic flux of energy conservation in astrophysical jets
在星系际介质中传播的湍流喷流的能流守恒允许推导经典和相对论情况下的运动定律。三种类型的IGM被认为是：常密度，双曲和逆幂律密度下降。利用磁压与静止密度之间的线性关系，导出了磁场沿射电喷流演化的解析规律。天体物理的应用作出的中心线强度的同步辐射在NGC315和磁场的3C273。
2016-01-11 astro-ph.HE
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. II. A dynamo tensor defined by the disk Coriolis number
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的，强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。在这里，我们解决的问题，如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。我们继续我们的工作，从文件I（Mattia & Fendt 2020 a），考虑一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$ -发电机的背景下，大规模磁盘喷流模拟。我们现在研究一个圆盘发电机，它遵循平均场发电机理论的解析解，基本上只基于一个参数，科里奥利数。因此，我们确认的发电机张量的各向异性作用在吸积盘，允许相关的电阻率和平均场发电机盘湍流。我们的新模型恢复了以前的模拟应用一个纯粹的径向初始字段，同时允许一个更稳定的演变与垂直分量的种子字段。我们还提出了磁盘发电机系数的强度和动力学参数的喷气发动机之间的相关性，并讨论了它们的影响所观察到的喷流量。
2020-08-03 astro-ph.HE
Quantum magnetic collapse of a partially bosonized npe-gas: Implications for astrophysical jets
我们研究了由部分玻色化npe气体组成的中子星产生天体物理喷流的可能机制。我们得到，一个稳定的物质流的驱逐可能是由气体的一个或多个组件的量子磁塌缩触发，而其准直是由于一个强大的自生磁场的形成。
2019-11-20 astro-ph.HE
Numerical simulations of dynamics and emission from relativistic astrophysical jets
活动星系核（AGN）和伽马射线暴（GRB）的相对论性喷流（喷流）的宽带辐射包含了关于喷流本身性质和发射喷流的中心发动机的有价值的信息。模拟喷流的观测特征是使用专门为计算天体物理等离子体的多波长、随时间变化的非热发射而开发的辐射转移代码计算的。我们提出了一系列长期项目的结果，致力于了解的动力学和喷流在秒差距尺度AGN喷流，耀变体和余辉阶段的伽玛暴的排放。
2013-01-20 astro-ph.HE
Accelerating AGN jets to parsec scales using general relativistic MHD simulations
吸积的黑洞会产生平行的外流，或喷流，它们在距离上跨越许多数量级，加速到相对论速度，并准直成紧密的张开角。其中，也许最不了解的是射流准直由于与周围介质的相互作用。为了研究这种相互作用，我们进行了轴对称的广义相对论磁流体动力学模拟射流产生的大型吸积盘，跨越5个数量级的时间和距离，在一个前所未有的分辨率。在这样一个圆盘的支持下，喷流获得了类似于M87星系喷流的抛物线形状，并且洛伦兹因子和喷流半张角的乘积$γθ\ll 1$类似于从活动星系核（AGN）喷流的甚长基线干涉测量（VLBI）观测中发现的值;这表明活动星系核中存在着扩展的圆盘。我们发现，喷流和周围介质之间的相互作用导致发展的捏不稳定性，产生显着的径向和横向的变化，通过将磁和动能转化为热量的整个射流。因此，射流中的收缩区域可以被检测为辐射热点，并且可以为粒子加速提供理想的位置。箍缩也会导致气体从周围的介质成为之间的磁场线在喷流压缩，导致增强的质量加载的喷流和潜在的贡献的脊鞘结构中观察到的活动星系核流出。
2019-05-09 astro-ph.HE
GR-MHD disk winds and jets from black holes and resistive accretion disks
我们对薄吸积盘的外流进行了GR-MHD模拟。在非相对论的情况下，电阻率是盘风的质量负载所必需的。我们在理想的GR-MHD代码HARM 3D中实现了电阻率，扩展了以前的工作（Qian等人，2017，2018），用于更大的物理网格，更高的空间分辨率和更长的模拟时间。我们考虑一个最初薄，电阻盘围绕黑洞，由一个大规模的磁通量线程。随着系统的演化，外流从黑洞磁层和磁盘表面发射。我们主要关注盘流出，研究它们的MHD结构和能量输出，并与坡印廷主导的黑洞喷流进行比较。盘风包含两个组成部分--一个由环形磁场主导的快速组成部分和一个由极向场主导的较慢组成部分。盘风从亚阿尔夫文速度过渡到超阿尔夫文速度，达到速度$\simeq 0.1c$。我们提供了不同的自旋参数和电阻率水平的参数研究，并测量各自的质量和能量通量。更高的旋转加强了沿内部急流的$B_ϕ$主导的盘风。我们解开一个临界电阻率水平，导致最大的物质和能量输出两者，从重新连接和扩散之间的相互作用，这在组合管理的磁通量和质量负载。对于反向旋转的黑洞，流出结构显示出磁场反转。我们估计最内部的吸积流和它周围的外流结构的不透明度。这个流可能是临界不透明的透镜信号，而轴向喷流漏斗保持光学薄。
2019-07-24 astro-ph.HE
GRMHD Simulations and Modeling for Jet Formation and Acceleration Region in AGNs
相对论射流是具有相对论速度的准直等离子体流出。涉及相对论喷流的天体是一个系统，包括一个致密物体，如黑洞，被旋转的吸积流包围，在中心致密物体附近产生相对论喷流。解释相对论喷流起源的最被接受的模型涉及磁流体动力学（MHD）过程。在过去的几十年里，许多广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序已经被开发出来，并被应用于模拟各种条件下的相对论性喷流形成。这篇简短的评论概述了GRMHD模拟在产生相对论喷流及其观测建模方面的最新进展。
2022-01-29 astro-ph.HE
Magnetic Field Effects near the launching region of Astrophysical Jets
天体物理学磁场的基本性质之一是它们通过重联改变拓扑结构的能力，在这样做的过程中，释放磁能，有时是剧烈的。在这项工作中，我们回顾了最近的结果，磁重联和相关的加热和粒子加速喷流/吸积盘系统中的作用，即年轻的恒星天体（YSO），微类星体，和活动星系核（AGN）。
2010-02-23 astro-ph.HE
Particles in Relativistic MHD Jets II: Bridging Jet Dynamics with Multi-waveband Non-Thermal Emission Signatures
本研究通过三维相对论MHD模拟结合拉格朗日粒子加速与冷却模型，揭示了AGN喷流激波结构如何形成局部辐射结并导致变化，发现进动喷流辐射最强且电子持续再加速是维持大尺度喷流辐射的关键。
2024-09-24 astro-ph.HE
Radiation from matter entrainment in astrophysical jets: the AGN case
喷流存在于各种天体物理来源中，从年轻的恒星到活动星系核。在所有情况下，射流以超音速传播通过外部介质，该外部介质可以是不均匀的，并且不均匀性可以渗透到射流中。射流物质与障碍物的相互作用在射流中产生弓形激波，其中粒子可以被加速到相对论能量并发射高能光子。在这项工作中，我们探讨了活动星系核的情况下，专注于在不同的喷流高度的相互作用的动力学和辐射的后果。我们发现产生的高能辐射可以被目前的伽马射线望远镜探测到。一般来说，喷流-团簇相互作用是许多存在喷流的天体物理源产生（稳定或闪耀）高能辐射的可能机制。
2010-12-04 astro-ph.HE
Hybrid Black Hole and Disk-Driven Jets: Steady Axisymmetric Ideal MHD Modeling
Peking University（北京大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao-Tong University（上海交大凌波研究院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）；Ningbo University（宁波大学）
本文提出一种混合喷流模型，结合黑洞和盘驱动机制，通过理想磁流体动力学分析揭示喷流界面处的速度剪切和密度跃变现象。
2026-02-08 astro-ph.HE gr-qc
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. I. Validation and application of selected dynamo tensorial components
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的，强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。喷流发射磁场的来源是吸积-抛射过程模拟中的一个悬而未决的问题。在这里，我们解决的问题，如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。应用PLUTO程序，我们提出了第一个电阻MHD模拟喷射发射包括一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$发电机在大规模磁盘射流模拟的背景下。从本质上讲，我们发现$α_ϕ$ -发电机组件确定的极向磁场，这是严格相关的磁盘磁化的放大（并且，因此，影响喷射速度、质量和准直），而$α_R$和$α_θ$ -发电机组件触发在盘中形成多个反对齐的磁环，对盘-喷射系统的稳定性和动力学具有强烈的影响。特别地，这样的环触发发电机低效区的形成，其特征在于弱磁场，因此磁扩散率的值较低。发电机低效区的形成对射流质量、速度和准直性有很大的影响。此外，当与种子磁场的非径向分量相互作用时，$α$发电机的$θ$分量起关键作用。我们还提出了磁盘玩具发电机系数的强度和发动机的动力学参数之间的相关性。
2020-07-30 astro-ph.HE
Particle acceleration by magnetic reconnection in relativistic jets: the transition from small to large scales
本研究通过MHD-PIC模拟证实，相对论喷流中湍流驱动的磁重联能在各尺度通过背景涨落理想电场将粒子加速至极端超高能，且背景磁场动态变化不影响加速过程。
2023-06-12 astro-ph.HE
PIC methods in astrophysics: Simulations of relativistic jets and kinetic physics in astrophysical systems
颗粒池（PIC）方法是由Oscar Buneman、Charles Birdsall、Roger W. Hockney和John Dawson在20世纪50年代提出的，随着计算能力的发展，已经在天体物理、磁层以及太阳等离子体等多个领域得到了进一步的发展，最近还用于大气和激光等离子体物理。目前有超过15个半公开PIC代码，我们在本次审查中讨论。随着世界各地高性能计算设施的计算能力不断提高，其应用也得到了广泛的发展。利用这些系统可以研究天体物理等离子体的各种课题，如磁重联、黑洞和黑洞磁层、非相对论和相对论激波、相对论喷流和激光等离子体物理。我们回顾了大量的天体物理现象，如相对论性喷流，不稳定性，磁重联，磁共振，以及PIC模拟的激光等离子体物理（直到2021年），强调在模拟中涉及的物理。最后，展望了中子星、黑洞及其合并的喷流模拟的未来，并从千万亿次和亿次计算的角度讨论了PIC模拟的未来。
2021-07-09 astro-ph.HE
High Resolution 3D Relativistic MHD Simulations of Jets
相对论磁化喷流是活动星系核和其他天体物理环境中的关键元素。它们的结构和演化涉及复杂的非线性物理，只能通过数值研究来接近。尽管如此，由于一些具有挑战性的计算方面，只有少数数值研究已进行到目前为止。在本文中，我们提出了高分辨率的三维数值模拟的相对论磁化喷流携带一个初始环形磁场。场的实质性环形分量的存在现在通常被调用，并负责射流加速和准直的过程。我们发现，典型的鼻锥结构，通常观察到的轴对称二维模拟，在三维的情况下，不产生。相反，环向场引起强电流驱动的扭结不稳定性，导致射流摆动。然而，它似乎能够保持一个高度相对论脊柱沿其全长。通过比较低分辨率和高分辨率的模拟，我们强调分辨率对射流动力学特性的影响。
2009-08-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
On magnetic field amplification and particle acceleration near non-relativistic astrophysical shocks: Particles in MHD Cells simulations
我们提出了磁化天体物理冲击的模拟，考虑到热等离子体的冲击和超热粒子之间的相互作用。这种相互作用是通过结合基于网格的磁流体动力学描述的热流体与粒子在细胞技术致力于超热粒子的动态。这种方法，它结合了自适应网格细化功能的使用，是一个潜在的关键，模拟天体物理系统的空间尺度上，超出了纯粒子在细胞模拟。在这项研究中，我们考虑了非相对论冲击与各种Alfvenic马赫数和磁场的结晶度。当磁场平行于激波法线时，我们恢复了以前研究中磁场放大和粒子加速的所有特征。与以前的粒子在细胞混合模拟相比，我们发现，粒子加速和磁场放大也发生时，磁场是倾斜的冲击，但在更大的时间尺度比平行的情况下。我们表明，在我们的模拟中，超热粒子正在经历加速由于粒子的预热过程类似于冲击漂移加速导致的冲击波阵面。这种冲击波阵面和磁场的振荡局部地帮助粒子进入上游区域，并引发非共振流不稳定性，并最终诱导扩散粒子加速。
2017-09-29 astro-ph.HE
MHD Simulations of AGN Jets in a Dynamic Galaxy Cluster Medium
本文对从高分辨率宇宙学模拟中提取的星系团中央活动星系核（AGN）间歇喷流进行了一对三维磁流体动力学模拟。选定的星团被选为一个明显相对宽松的系统，在近7 Gyr没有经历过重大合并。尽管有这种特征和历史，集群内介质（ICM）包含相当活跃的“天气”。我们探讨了这种ICM天气的AGN喷流和叶的形态演化的影响。在两个模拟中，射流的方向是不同的，因此它们探测ICM结构和动力学的不同方面。我们发现，即使这个集群，可以被描述为放松的观测标准，大规模的，散装ICM运动可以显着扭曲的射流和叶。对模拟的合成X射线观测表明，喷流产生了复杂的空腔系统，而合成射电观测揭示了类似于广角尾（WAT）射电源的喷流和叶的弯曲。在2600万年的周期内，使用50%的占空比，对喷射器进行开关循环。这导致了类似于“双-双”射电星系的形态特征。虽然射流和ICM磁场在模拟中通常太弱而不能在动力学中起主要作用，但麦克斯韦应力仍然可以在局部变得显著。
2012-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Instabilities at recollimation shocks in MHD jets
INAF – Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所 - 布雷拉天文台）；INAF, Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所 - 都灵天文台）；Department of Physics, National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波季斯特里安大学物理系）；Department of Astronomy, Yale University（耶鲁大学天文学系）
研究射流中再压缩冲击波的不稳定性，探讨磁化程度及其他参数对不稳定性发展的影响，发现即使在中等磁化射流中，离心不稳定性仍能破坏射流结构。
2025-11-03 astro-ph.HE
Propagation dynamics of successive emissions in laboratory and astrophysical jets and problem of their collimation
本文介绍了在实验室条件下和天体物理环境中数值模拟等离子体结序列传播的结果。模拟的物理和几何参数已被选择接近PF-3设施（库尔恰托夫研究所）和喷流的明星RW Aur的参数。我们发现，低密度区后形成的第一个节点传播起着重要的作用，随后的准直。假设只有热膨胀的后续排放，定性估计所需的时间，以填补这一领域与周围的物质和角度的射流散射。这些估计与我们的观察和建模结果一致。
2021-06-09 astro-ph.HE
Numerical Simulations of Magnetized Astrophysical Jets and Comparison with Laboratory Laser Experiments
本文给出了磁流体力学数值模拟磁化射流形成和发展的结果。讨论了用于比较天体物理喷流的实验室激光实验和数值模拟结果的相似准则。介绍了Neodim激光装置实验中产生的射流的实验室模拟结果。
2019-03-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic dissipation in short gamma-ray burst jets. I. Resistive relativistic MHD evolution in a model environment
本研究针对短伽马射线暴喷流的磁耗散问题，用PLUTO代码开展二维及三维电阻性相对论MHD模拟，发现有限电导率会显著影响喷流结构、湍流及欧姆耗散，还展示了三维演化中的非轴对称特征。
2024-10-09 astro-ph.HE
A statistical study of fast magnetic reconnection in turbulent accretion disks and jets
快速磁重联事件在吸积盘系统中起着重要的作用。黑洞双星和活动星系核中观测到的非热甚高能辐射（从GeV到TeV）可以用一个潜在的模型来解释，该模型可以归因于吸积盘和/或喷流的湍流日冕中引起的快速磁重联。在这项工作中，我们将讨论全球广义相对论MHD（GRMHD）模拟的结果吸积盘周围的黑洞，其湍流自然驱动的MHD不稳定性，如磁旋转不稳定性（MRI）。我们也将利用特殊相对论MHD（SRMHD）模拟来研究喷流内部由扭结不稳定性驱动的磁重联。正如我们所期望的，我们的模拟揭示了由这些不稳定性驱动的近稳态湍流的发展。我们已经进行了详细的统计分析，以确定在湍流区的吸积流和射流的电流片的存在。然后，我们确定了这些位置的磁重联率，获得了$0.01-0.7$量级的阿尔文速度单位的平均重联速度，这与磁感应快速重联理论的预测是一致的。
2019-04-09 astro-ph.HE
Resistive relativistic MHD simulations of astrophysical jets
本文利用PLUTO开展RRMHD轴对称相对论喷流模拟，比较多种电阻率模型，发现可变电阻率可在保留湍流与电流片的同时更真实地描述耗散和非热粒子加速。
2023-09-12 astro-ph.HE
Modeling of resistive relativistic astrophysical jets. Semianalytic results following a paraxial formalism
本研究改进相对论喷流半解析模型，构建纳入电阻与可变绝热指数物态方程的近轴形式体系，揭示电阻性喷流中欧姆耗散的局部特性及其对喷流加速、准直和磁场结构的影响。
2025-03-20 astro-ph.HE
Three-dimensional Simulations of AGN Jets: Magnetic Kink Instability versus Conical Shocks
活动星系核（AGN）中的相对论喷流将其能量的一半转化为辐射。为了探索这一转换的过程知之甚少，我们进行了完全三维磁流体动力学（MHD）模拟相对论磁化射流。与在大半径处注入射流的标准方法不同，我们的模拟射流自洽地在源处形成，并在与周围介质相互作用之前向外传播和加速几个数量级的距离。我们发现，这种相互作用可以触发强烈的能量耗散的两种射流内，取决于周围介质的属性。那些在新的爆发中形成并穿过周围介质钻一个新孔的喷流成为3D磁扭结不稳定性的牺牲品，并主要通过由不稳定性形成的电流片中的磁重联来耗散它们的能量。另一方面，在活动星系核活动的重复循环过程中形成的喷流，通过周围介质中预先存在的洞逃逸，主要在MHD准静态冲击中保持稳定并耗散能量。在这两种情况下，耗散区域可以与环境气体的密度分布的变化相关联。活动星系核喷流中的邦迪半径就是这样一个位置。
2017-06-02 astro-ph.HE
Three-dimensional Relativistic MHD Simulations of Active Galactic Nuclei Jets: Magnetic Kink Instability and Fanaroff-Riley Dichotomy
活动星系核喷流在周围介质中的能量沉积可以影响星系形成和演化、星系团中心气流的冷却以及超大质量黑洞的生长。然而，耦合射流功率的周围介质和确定射流形态的过程知之甚少。例如，有没有著名的Fanaroff-Riley（FR）形态二分法的射流，与FRI喷流更短，更不稳定比FRII喷流的原因达成一致。我们进行全球三维磁流体动力学模拟的相对论射流传播通过周围介质。我们发现，银河系核心的平坦密度分布减缓和准直的喷流，使他们容易受到三维磁扭结不稳定性。我们得到一个临界功率，这取决于星系核心的质量和半径，低于该射流成为扭结不稳定的核心内，失速，并充满相对热等离子体膨胀腔。高于临界功率的射流稳定地逃离核心并形成强大的回流。因此，扭结不稳定性控制射流形态，并可能导致FR二分法。模型预测的临界功率对星系光学光度的依赖关系与观测结果吻合得很好。
2016-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Athena Astrophysical MHD Code in Cylindrical Geometry
介绍了Athena磁流体动力学（MHD）程序中柱坐标的一种实现方法。该扩展遵循Athena原始开发人员的方法，旨在尽可能最小和透明地更改现有的笛卡尔坐标代码。在圆柱坐标系中的数值方程的制定，以保持一致性与约束运输，雅典娜算法的核心功能，同时利用以前实现的代码模块，如黎曼解算器。角动量输运，这是至关重要的天体物理磁盘系统为主的旋转，被仔细对待。我们描述了高阶空间重建和特征演化步骤以及有限体积和约束传输更新的圆柱坐标的修改。最后，我们提出了一个测试套件的标准和新颖的问题，在一个，两个，和三维设计，以验证我们的算法和实现，并使用其他代码开发人员。该代码适用于各种天体物理学应用，可在网上免费下载。
2010-04-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Trapping of cosmic rays in MHD turbulence
天体物理等离子体是湍流和磁化的。宇宙射线（CR）与磁流体动力学（MHD）湍流的相互作用是一个基本的天体物理过程。基于目前对MHD湍流的理解，我们重新审视了磁镜在MHD湍流背景下对CRs的捕获。在可压缩MHD湍流中，各向同性快模支配CR的捕获和回旋共振散射。捕获的存在显著抑制了螺距角散射和CR沿磁场的空间扩散。由此产生的平行扩散系数具有较弱的依赖于CR能量在较高的能量。在不可压缩MHD湍流中，在所有俯仰角下，伪Alfvén模的捕获都优于各向异性Alfvén模和伪Alfvén模的回旋共振散射，并阻止了CR的扩散。
2020-03-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
MHD simulations of the formation and propagation of protostellar jets to observational length scales
我们提出了2.5-D的全球性，理想的磁流体动力学模拟的磁驱动和旋转驱动的原恒星喷流从开普勒吸积盘，其中只有初始磁场强度在光盘的内半径，$B_{\rm i}$，是不同的。使用AMR-MHD代码AZEUS，我们自洽地遵循喷流演变到观测制度（$>10^3\,\mathrm{AU}$）与空间动态范围$\sim6.5\times10^5$。模拟揭示了三个组成部分的流出：1）热，密集，超快和高度磁化的“射流核心”; 2）冷，稀薄，trans-fast和高度磁化的“鞘”围绕射流核心，并延伸到切向不连续性;和3）温暖，密集，trans-slow和弱磁化的冲击周围介质夹带的推进弓激波。模拟揭示了$B_{\rm i}$和射流推进速度，$v_{\rm jet}$，平均射流旋转速度，$\langle v_φ\rangle$，以及质量，动量和动能通量之间的幂律关系。不依赖于$B_{\rm i}$的电子包括被输送物质的等离子体- $β$，在所有情况下，其似乎渐近于阶数1。喷气式飞机是由“磁塔”和“线上珠”机制的组合发射的，前者占了大部分的喷气式飞机加速-即使是在强磁场下-并继续远远超过快磁音速点。在任何时候都没有领先的弓激波离开域，因此，这些模拟产生大规模的喷流，再现许多原恒星喷流，包括其特征速度和传输通量的观察到的属性。
2019-01-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Measurement of MHD turbulence properties by synchrotron radiation techniques
众所周知，磁流体动力学（MHD）湍流在天体物理环境中是普遍存在的。正确理解MHD湍流的基本性质是揭示许多关键天体物理过程的前提。观测测量技术的发展极大地促进了MHD湍流理论及其在天体物理中的应用。在描述了基于理论分析和直接数值模拟的MHD湍流的现代理解之后，我们回顾了与同步辐射涨落技术相关的最新发展。具体而言，我们评论的同步辐射涨落技术的验证和测量性能的磁湍流的几个属性的基础上的数据立方体从MHD湍流模拟和观测。此外，我们建议加强星际湍流的磁化强度和三维磁场结构测量的研究。同时，我们还讨论了利用低频阵列（LOFAR）和平方公里阵列（SKA）的大量数据立方体测量磁场特性和理解天体物理过程的新技术的前景。
2022-03-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Magnetohydrodynamic models of astrophysical jets
在这篇评论中，分析了在紧凑的天体附近的静止轴对称流的广泛的类获得的分析结果，重点是对特定的源的定量预测。近年来，人们对天体物理喷流的形成和性质的认识大大增加。这不仅是由于新的观察，而且是由于分析理论的进步，它产生了相当简单的关系，以及毫无疑问可以被称为数值模拟的突破，它使理论预测得到了证实。当然，我们离完全理解致密源中发生的物理过程还很远。尽管如此，所取得的进展使人们对不久的将来进行试验观测产生了希望，这些观测可以深入了解活跃的天体物理物体中发生的物理过程。
2011-03-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic MHD simulations of core-collapse GRB jets: 3D instabilities and magnetic dissipation
相对论喷流自然发生在天体物理系统中，涉及到对致密物体的吸积，例如伽马射线暴（GRB）中大质量恒星的核心坍缩和活动星系核（AGN）中超大质量黑洞的吸积。人们普遍认为，这些射流是由电磁驱动的，通过一个中心紧凑物体的磁化旋转。然而，它们如何产生所观察到的发射并在距离上的许多数量级的传播中幸存下来，而不被电流驱动的非轴对称不稳定性破坏，这是一个积极辩论的主题。我们进行时间相关的相对论，坡印亭通量占主导地位的射流的三维相对论磁流体动力学模拟。这些喷流是通过一个强磁化的中心致密物体的旋转自洽地发射的。这决定了方位磁场绕组的自然程度，这是控制射流稳定性的关键因素。我们发现，射流容易受到两种类型的不稳定性：（i）一个全球性的，外部的扭结模式，在长时间尺度上增长，并导致喷流身体弯曲侧向。尽管这种模式不会在模拟距离上引起射流中断，但它大大降低了射流传播速度。我们表明，通过一个分析模型，外部扭结模式的增长取决于周围介质密度分布的斜率。在平坦的密度分布特征的星系核，活动星系核喷气可能会失速，而在恒星的信封外扭结减弱的喷气向外传播;（ii）一个本地的，内部扭结模式，增长在短时间尺度上，并导致小角度磁重联和转换约一半的喷气电磁能通量转化为热量。基于内部扭结模式的鲁棒性和能量学，我们认为这种不稳定性是主要的耗散机制，负责供电伽玛暴即时发射。
2015-08-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Physical Constraint Preserving Higher Order Finite Volume Schemes for Divergence-Free Astrophysical MHD and RMHD
针对天体物理中极端条件下高阶MHD/RMHD模拟易崩溃的问题，提出结合新型二维黎曼求解器的物理约束保持高阶有限体积格式，可实现磁场无散演化，精度达标且计算成本增加少。
2025-06-12 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.NA
Simulating the dynamics and non-thermal emission of relativistic magnetised jets I. Dynamics
我们已经进行了磁流体动力学模拟的相对论性喷流从超大质量黑洞超过几十kpc的喷流参数的范围。主要目的之一是研究不同的MHD不稳定性对射流动力学的影响及其对射流参数选择的依赖性。我们发现，两个占主导地位的MHD不稳定性影响的动力学的射流，小规模的开尔文-亥姆霍兹（KH）模式和大规模的扭结模式，其演变取决于内部的射流参数，如洛伦兹因子，密度和压力的比率，外部介质和磁化强度，因此对射流功率。低功率射流易受两种不稳定性的影响，即具有较高中心磁场的射流的扭结模式和具有较低磁化强度的KH模式。中等功率的喷气机没有表现出明显的增长扭结模式，但KH模式发展较低的磁化强度。较高功率的喷气式飞机通常对两种不稳定性都是稳定的。这种不稳定性会使射流减速和不稳定，同时在茧中引起湍流，从而对磁场结构产生影响。我们的动力学模型的射流后，我们在这里提出的Begelman-Cioffi关系的一般化治疗。我们发现，稳定的射流的动力学匹配以及与非自相似FRII射流膨胀的简化分析模型，而具有突出的MHD不稳定性的射流显示出几乎自相似的形态演化的能量更均匀地分布在射流头和茧之间。
2020-09-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Plasma Phenomenology in Astrophysical Systems: Radio-Sources and Jets
本文综述了具有射电辐射的天体物理源中的等离子体现象，即脉冲星、微类星体、类星体和射电星系的射电喷流。首先描述了它们的基本特征，然后详细讨论了它们的形态和导致不同射电辐射的机制之间的联系，特别是研究了致密天体（中子星、黑洞）周围等离子体结构所起的作用。为了完整起见，我们简要地提及观测技术和探测器，其结构使它们与其他天体物理仪器区分开来。本文讨论了角动量在等离子体吸积盘中输运的基本思想（以及盘-源-喷流耦合问题），着重指出了它们的成功和不足。另一种情况下推断，基于天体物理和实验室等离子体配置之间的平行性，在那里可以找到小规模的结构。我们将集中我们的注意力在无线电喷流的形态，对它们的耦合与吸积盘和可能的触发现象，被视为等离子体不稳定性的配置文件。
2014-01-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Modelling MHD accretion-ejection - episodic ejections of jets triggered by a mean-field disk dynamo
我们目前的MHD模拟探索发射，加速和准直的喷气机和磁盘风。磁盘结构的演变是一贯考虑。扩展我们以前的研究，我们现在考虑的磁场的自我生成的$α^2Ω$平均场发电机。磁盘磁化保持在一个相当低的水平，这有助于发展的$T > 10,000$动态时间步长的域上延伸1500内磁盘半径的模拟。我们发现一个磁场的内部磁盘类似于常见的开放领域的结构，有利于磁离心发射。外盘磁场是高度倾斜的，主要是径向的。在这里，差动旋转诱导一个强大的环形分量，在外流发射中起着关键作用。这些从外盘流出的气流速度更慢，密度更大，准直性更差。如果发电机动作不熄灭，就会不断产生磁通量，并向磁盘外扩散，充满整个磁盘。我们已经发明了一个玩具模型，触发了一个依赖于时间的平均场发电机。这种发电机的占空比导致类似时间尺度上的情节性喷射。当发电机被抑制的磁化下降到临界值以下时，产生的流出和吸积被抑制。一般的结果是，我们可以通过一个{ \em盘-内禀发电机}来控制幕式喷射和{ \em大规模喷流结}，该发电机是时间相关的，并再生喷流发射磁场。
2014-09-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic turbulence and turbulent dynamo in a partially ionized plasma
天体物理学中的流体是湍流的、磁化的，并且经常是部分电离的。作为天体物理学湍流的一个例子，星际湍流在非常大的空间尺度范围内延伸，并参与发生在不同尺度范围内的关键天体物理过程。本世纪以来，人们对磁流体动力学（MHD）湍流的认识取得了重大进展，这使我们能够更好地描述磁化和部分电离等离子体中的湍流。事实上，MHD湍流物理的现代革命性图景促进了各个理论领域的发展，包括耗散MHD湍流的阻尼过程和产生MHD湍流的发电机过程，这些理论领域具有许多重要的天体物理意义。本文回顾了我们最近的一些重要的理论工作，以证明部分电离气体中MHD湍流和湍流发电机性质之间的相互联系。本文还简要介绍了修正后的基本过程对宇宙早期和现代磁重联、宇宙线散射、磁场放大等突出天体物理问题的影响。
2018-10-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Astrophysical Jets : what can we learn from Solar Ejections?
从太阳的抛射可以以比任何其他天体更高的分辨率观察到：我们能否在太阳结果的基础上将其应用于天体？本工作的目的是建立是否有任何类似的太阳抛射和抛射的微类星体和活动星系核。简要回顾这些物体和太阳的喷气机特性，我们指出了它们共有的一些特征，并指出了天体物理学和太阳研究之间的交叉繁殖可能是富有成效的研究领域。例如，这项研究的初步结果表明，在与太阳日冕物质抛射（CME）相关的电流片（CS）中撕裂不稳定性所产生的斑点与微类星体中与大型射电爆发相关的等离子体准周期性抛射之间可能存在类似之处。
2010-11-04 astro-ph.HE astro-ph.SR
Particle acceleration in astrophysical jets
在这一章中，我们回顾了天体物理喷流中粒子加速的一些特征。我们首先描述四个观测结果有关的主题，特别强调在活动星系核和不同来源之间的平行喷流。然后，我们讨论的方式，粒子可以加速到高能量的磁化等离子体，主要集中在冲击加速，二阶费米和磁重联;在这个过程中，我们试图阐明的基本条件，必须满足任何机制的各种观测约束得到满足。我们描述了最大粒子能量的限制因素，并简要讨论了中微子和高能宇宙射线的多信使信号，然后描述的旅程射流等离子体从喷射发射到茧参考不同的加速机制。最后，我们对未来前景发表一些一般性评论。
2020-03-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of Precessing Jets by Tilted Black-hole Discs in 3D General Relativistic MHD Simulations
从很远的距离落入黑洞（BH）的气体不知道BH的自旋方向，并且吸积盘和BH自旋之间的不对准预计是常见的。然而，倾斜盘的物理特性（例如，角动量传输和喷流形成）知之甚少。使用我们新的GPU加速代码H-AMR，我们以迄今为止最高的分辨率对快速旋转的BH周围的倾斜厚吸积盘进行了3D广义相对论磁流体动力学模拟。我们探讨了磁盘的热压力占主导地位的磁压力的限制，并首次表明，对于不同的磁场强度的BH，这些流量发射磁化相对论射流沿旋转轴的倾斜盘（而不是BH）传播。如果强大的大尺度磁通量到达黑洞，它会弯曲圆盘内部的几个引力半径，并喷射出与黑洞自旋部分对齐的射流。在较长的时间尺度上，模拟的光盘射流系统作为一个整体经历了透镜-Thirring进动和方法对齐，首次证明，射流可以用作光盘进动的探针。当圆盘湍流被很好地解决时，我们的孤立圆盘就会散开，导致对齐和进动都减慢。
2022-12-05 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Asymmetric MHD Outflows/Jets from Accreting T Tauri Stars
对来自年轻恒星的喷流的观测揭示了某些来源的不对称流出。为了评估流出物或喷流相对于赤道面不对称的条件，对旋转磁化星的轴对称粘性/扩散盘吸积进行了大量的$2.5$ D MHD模拟。我们考虑初始磁场是对称的赤道平面，并包括一个径向分布的场线程的磁盘（磁盘场）和恒星偶极子场。（{ \bf 1}）。对于纯盘场，流出的对称性或不对称性受盘的中平面等离子体$β$的影响（其中$β$是等离子体压力与磁压力的比率）。对于低密度光盘与小等离子体$β$值，外流被观察到对称的$10\%$内超过数百个内部光盘轨道的时间尺度。对于密度较高的$β$盘，上、下日冕等离子体的耦合被打破，两半球的准周期场运动变得不同。这种不对称性导致了不对称的偶发性流出。（{ \bf 2.}）吸积恒星与恒星偶极子场和没有磁盘场表现出情节，两个组件流出-磁层风和内部磁盘风从更大的径向距离。两者的特点是相似的速度分布，但磁层风的密度是盘风的$\gtrsim 10$倍。（{ \bf 3}.）增加一个平行于恒星偶极场的圆盘场，可以增强磁层风，但抑制圆盘风。（{ \bf 4}.）相反，增加一个与恒星偶极场反平行的圆盘场可以抑制磁层风和圆盘风。我们的模拟再现了金牛座T星的非对称外流观测的一些关键特征。
2015-03-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Inhibition of Centrifugal Instability in Astrophysical Jets
近年来的研究表明，离心不稳定性在天体物理喷流的动力学过程中可能是重要的。然而，这些研究仅限于非磁化流的情况。在这里，我们探讨的作用，磁场内的牛顿和相对论的框架。由于喷流问题是相当复杂的，我们专注于更简单的问题，圆柱旋转和轴向磁场，这股显着的相似性，喷流问题，并考虑只有轴对称扰动。所研究的平衡配置涉及一个圆柱形的接口，他们是稳定的非磁离心和磁旋转不稳定性的地方，除了这个接口。我们使用一个启发式的方法来推导出局部稳定性的界面在磁场的情况下和数值模拟，以验证磁场的作用。理论和模拟同意相当不错的牛顿模型，但表明在界面处的旋转运动的高洛伦兹因子的限制相对论模型的潜在差异。通常，磁场设定临界波长，在该临界波长以下离心模式稳定。我们讨论了我们的研究结果的天体物理射流，这表明，离心不稳定性的发展，只有在相对较低的磁化射流的影响。也就是说，磁压力必须低于热压力，并且对于相对论情况，射流必须是动能主导的。
2019-06-20 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Particle acceleration and the origin of the very high energy emission around black holes and relativistic jets
由快速磁重联引起的粒子加速可能有助于解决目前与解释活动星系核和致密源的甚高能（VHE）和中微子任务有关的难题。我们对吸积盘-日冕系统的广义相对论-MHD模拟揭示了由MHD不稳定性驱动的湍流的增长，这种不稳定性导致了日冕中快速磁重联的发展。此外，我们对相对论性磁流体射流的模拟揭示了由电流驱动的扭结湍流引起的几个快速重联位点的形成。在这些区域中注入数千个测试粒子会导致加速到几个PeV的能量，从而证明了这个过程加速粒子并产生VHE和中微子发射的能力，特别是在耀变体中。最后，我们讨论了如何重联也可以解释所观察到的VHE光度-黑洞质量相关，涉及数百个非耀变体源，如英仙座A，和黑洞二进制。
2018-09-17 astro-ph.HE hep-ph
2-D MHD Configurations for Accretion Disks Around Magnetized Stars
讨论了磁化致密天体周围稳定吸积盘形态的基本特征。比较了基于粘阻MHD的吸积标准模型与由极低电阻率触发的等离子体不稳定性，如气球模式。
2009-12-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
