Collisionless tearing instability in relativistic non-thermal pair plasma and its application to MHD turbulence
本文研究相对论性非热正负电子等离子体中幂律分布下的无碰撞撕裂不稳定性，揭示粒子谱硬化和无力极限对增长率的影响，并将其应用于MHD湍流，推导出不稳定涡旋尺寸及临界磁化参数。
2024-10-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Synchrotron-driven instabilities in relativistic plasmas of arbitrary opacity
本文研究相对论性等离子体在光学厚度增加时同步辐射驱动不稳定性的变化，通过扩展Fokker-Planck算子至完全相对论情形，发现高能电子光子易逃逸，并确定控制不透明度的关键参数，表明高不透明度下等离子体趋于各向同性与稳定。
2024-07-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
One-fluid relativistic magnetohydrodynamics equations for a two-fluid plasma with the Landau-Lifshitz radiation reaction force
在考虑辐射反作用力的情况下，基于相对论二流体等离子体，导出了一组考虑Landau-Lifshitz辐射反作用力的单流体相对论磁流体动力学方程.这些方程可用于等离子体运动的时空尺度足够大的情况。
2018-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electromagnetic fluctuations and normal modes of a drifting relativistic plasma
本文给出了用Maxwell-Jüttner分布函数描述的相对论平衡等离子体中电磁涨落功率谱的精确计算。我们考虑波矢平行或垂直于等离子体平均速度的情况。腔下和腔上波动的相对贡献进行了评估。在每种情况下的空间波动谱的解析表达式。这些理论结果进行了比较粒子在细胞模拟，显示出良好的再现的亚光速波动光谱。
2013-12-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spectra of magnetic turbulence in a relativistic plasma
本文通过唯象分析与二维PIC模拟研究磁主导无碰撞相对论等离子体中的强Alfvén湍流，给出总能量、残余能量、动态排列及惯性区陡化谱的标度律。
2023-06-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of population inversions in relativistic plasmas through nonresonant interactions with Alfvén waves
通过求解准线性动力学方程，研究相对论性等离子体中阿尔芬波非共振相互作用，发现可形成含1-10%分布能量的粒子数反转，为快速射电暴中同步辐射脉泽的能量来源提供解释。
2023-05-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Interaction of Ultra Relativistic e- e+ Fireball Beam with Plasma
对即将出现的相对论正负电子束或火球束在等离子体中的传播进行从头计算模拟，为研究与天体物理有关的微观物理提供了一种有效的手段。我们发现，在一个密度为10^17/cc的典型实验室等离子体中，与上述某些情况相关的电流扩散不稳定性在传播10 cm后就达到饱和。通过改变背景等离子体密度，可以获得从纯横模到混合模的不稳定性的不同区域。这种不稳定性会产生大的局部等离子体梯度、强烈的横向磁场和增强的辐射发射。我们认为，这些影响可能是第一次观察到实验。
2018-09-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical scheme for evaluating the collision integrals for triple interactions in relativistic plasma
相对论等离子体中的二元相互作用，如库仑和康普顿散射以及对的产生和湮灭是众所周知的，并进行了详细的研究。三重相互作用，即相对论性韧致辐射、双康普顿散射、辐射对产生、三重对产生/湮灭及其逆过程，在天体物理问题和实验室等离子体中通常被认为是发射过程。它们在等离子体动力学中的作用是基本的[1]。本文提出了一种新的计算相对论等离子体中所有三重相互作用的Uehling-Uhlenbeck碰撞积分的守恒格式，该格式基于精确QED矩阵元的直接积分。热分布的反应速率进行了比较，在可能的情况下，与相应的解析表达式，表现出良好的一致性。我们的结果是相关的定量描述相对论等离子体的平衡，无论是在天体物理和实验室条件。
2020-10-27 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
One-fluid equations of general relativistic two-fluid plasma with the Landau-Lifshitz radiation reaction force in curved space
将辐射反作用力引入弯曲空间中的双流体等离子体中，得到了一组包含Landau-Lifshitz辐射反作用力的单流体广义相对论磁流体力学（GRMHD）方程。本文分析了作用于天体物理致密天体周围等离子体的辐射反应的重要性。
2019-06-21 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dissipation in Relativistic Pair-plasma Reconnection: Revisited
用粒子模拟方法研究了正负电子对等离子体中相对论性磁重联的基本性质。我们首先回顾了Hesse & Zenitani（2007）的一个问题，他们研究了X线上的动力学欧姆定律。通过对应力-能量张量的分解，我们建立了相对论性的欧姆定律。然后，新的长期，称为热流惯性项的作用，检查在PIC模拟数据。我们进一步评估了重联系统中的能量平衡。这些分析展示了物理上透明的方法来诊断相对论动力学数据。
2017-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Topics in microphysics of relativistic plasmas
天体物理等离子体的参数可能与研究较多的实验室和空间等离子体有很大的不同。特别地，磁场可以是等离子体的主要成分，其能量密度超过粒子静止质量能量密度。磁场决定了等离子体的动力学演化、能量耗散和非热粒子的加速。最近的数据来自天体物理学的高能量任务，如磁星爆发和蟹状星云耀斑，指出磁重联的重要性，在这些对象。在这篇评论中，我们概述了一个广泛的问题，在磁主导的相对论等离子体的天体物理相关的过程。讨论了相对论等离子体的大尺度动力学、相对论重联和重联层粒子加速、力-费等离子体中的湍流级联等问题。一些天体物理应用也进行了讨论。
2013-05-16 astro-ph.HE
A model of global magnetic reconnection rate in relativistic collisionless plasmas
建立了一个相对论无碰撞等离子体中整体磁重联率的模型，并通过全动力学模拟进行了验证。通过考虑扩散区上游和下游的力平衡，我们证明了在强磁化等离子体中，即使当局部速率达到$\sim O(1)$且局部流入速度接近光速时，全局速率仍受一个值$\sim 0.3$的约束.所导出的模型是通用的，可应用于各种情况下的磁重联。
2016-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Reconnection in Relativistic Plasmas And Effects of Compressibility
本文利用三维相对论电阻磁流体力学模拟研究了湍流对相对论等离子体中磁重联的影响。我们发现，由于湍流效应类似于非相对论的情况下，重新连接率成为独立的等离子体电阻率。我们还发现可压缩湍流效应修正了非相对论不可压缩等离子体中预测的湍流重联率;当注入速度接近Alfvén速度时，重联率饱和甚至衰减。结果表明，当Alfvén马赫数达到约$0.3$时，当可压缩分量变为不可压缩模式的一半时，可压缩性不容忽视。所获得的最大重连率约为$0.05$至$0.1$，如果注入规模与片材长度相当，则其将能够达到约$0.1$至$0.2$。
2015-10-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Relativistic degeneracy effect on propagation of arbitrary amplitude ion-acoustic solitons in Thomas-Fermi plasmas
利用Sagdeev势方法研究了具有超相对论和非相对论简并电子和正电子的电子-正电子-离子等离子体中任意振幅的离子-声孤立波，数值研究了这种孤立波存在的匹配准则.结果表明，电子和正电子的相对论简并度对IASW的振幅和马赫数范围有重要影响。同时指出，只有压缩的IASW才能在非相对论和超相对论简并等离子体中传播。
2011-01-14 astro-ph.HE
Generalized general-relativistic magnetohydrodynamic equations for plasmas of active galactic nuclei in the era of the Event Horizon Telescope
广义相对论磁流体动力学（Generalized General-Relativistic Magnetohydrodynamic，简称GRMHD）方程已被用于研究特定的相对论等离子体现象，如相对论磁重联或非理想磁流体效应对波传播的影响。然而，广义欧姆定律中的“Theta”项，它表示组成等离子体的两种流体之间的能量交换，尚未在这些方程中确定。本文从广义相对论欧姆定律本身出发，确定了“Theta”项。这提供了广义GRMHD方程的封闭性，产生相对论等离子体方程的封闭系统。根据该方程组，我们揭示了非理想磁流体现象的特征尺度，阐明了理想GRMHD方程的适用条件。利用事件视界望远镜的观测数据，对M87 ~* 等离子体中非理想MHD现象的特征尺度进行了估算。
2020-08-01 astro-ph.HE
Relativistic QED Plasma at Extremely High Temperature
利用高温量子电动力学（QED）重整化方案计算了早期宇宙相对论等离子体的有效参数。QED的重整化常数起着理论的有效参数的作用，可以用来确定介质的集体行为。我们明确地表明，介电常数，磁电阻率，德拜长度和等离子体频率依赖于早期宇宙的温度。计算了早期宇宙中极高温度下QED等离子体的传播速度、折射率、等离子体频率和德拜屏蔽长度。通过计算还发现了相对论等离子体的有利条件。
2016-07-01 astro-ph.HE hep-ph
$\mathtt{Entity}$ -- Hardware-agnostic Particle-in-Cell Code for Plasma Astrophysics. II: General Relativistic Module
Flatiron Institute（西蒙斯平流层研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Maryland（马里兰大学）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；IRAP, Université de Toulouse, CNRS, CNES, UPS（图卢兹大学/法国国家科学研究中心/法国国家空间研究中心/UPS IRAP研究所）
Entity代码的广义相对论模块实现了在强引力场中模拟相对论性磁化非碰撞等离子体的能力，适用于黑洞周围的轴对称模拟。
2025-11-21 astro-ph.HE
Analytic solution for kinetic equilibrium of beta-processes in nucleonic plasma with relativistic pairs
给出了描述相对论对核子等离子体中$β$过程动力学平衡的解析解。核子$(n,p)$被认为是非相对论性和非简并性的，而电子和正电子由于高温（$(T>6\cdot 10^9$ K）或高密度（$(ρ>μ10^6$ g/cm $^3$）或两者都是超相对论性的，其中$μ$是每个电子的核子数。费米函数的高斯表示。电子化学势和每个初始电子的核子数作为$ρ$和$T$的函数计算。
2012-04-27 astro-ph.HE
Evolution of the Relativistic Plasmoid-Chain in the Poynting-Dominated Plasma
本文研究了坡印廷支配等离子体中类等离子体链的演化。采用相对论电阻磁流体动力学近似，模拟了具有冷背景等离子体的相对论电流片，并数值求解了其时间演化。我们使用不同的磁化参数的背景等离子体和不同的Lundquist数进行各种计算。数值结果表明，最初诱导的等离子体团触发二次撕裂不稳定性，这逐渐填充电流片与等离子体团，也已观察到在非相对论的情况下。我们发现等离子体团链大大提高了重联率，这成为独立的伦德奎斯特数，当这超过一个临界值。此外，我们发现等离子体团的大小分布成为一个幂律。由于磁重联在各种高能天体物理现象中起着重要作用，我们的结果可以用来解释这些现象的物理机制。
2013-07-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Generalized General Relativistic MHD Equations and Distinctive Plasma Dynamics around Rotating Black Holes
为了研究旋转黑洞周围的等离子体现象，我们导出了一组3+1形式的广义相对论磁流体动力学（GRMHD）方程。特别地，我们研究了广义相对论现象与欧姆定律。我们证实了黑洞附近等离子体中由于引力、离心力和标架拖曳效应而产生的电动势。与天体物理学物体的尺度相比，这些影响仅在局部小尺度现象中才有意义。我们讨论了磁重联的可能性，它是由这些影响之一，在一个小规模的区域，并影响全球的等离子体。阐明了广义GRMHD、标准电阻GRMHD和理想GRMHD对黑洞磁层等离子体的适用条件。
2009-12-26 astro-ph.HE
Collisionless tearing instability in a relativistic pair plasma with a power-law distribution function
本文研究具有幂律分布的相对论对等离子体电流片撕裂不稳定性，结合解析增长率估算与考虑重联层内精确粒子轨道的色散方程数值求解，发现粒子能谱变硬会抑制不稳定性。
2024-08-16 astro-ph.HE
Collisionless shocks having relativistic velocities in relativistically hot plasmas
本文用二维粒子模拟研究相对论性热电子-正电子等离子体中的无碰撞激波，发现Weibel不稳定性耗散上游流形成激波，且激波结构和粒子加速幂律谱与冷上游情形相似。
2025-07-17 astro-ph.HE
A New Distribution Function for Relativistic Counterstreaming Plasmas
粒子分布函数，描述了两个相互渗透的等离子体流重新调查。它示出了如何，麦克斯韦-玻尔兹曼-尤特纳分布函数的基础上，已推导出近一个世纪前，逆流分布函数可以推导出，使用速度空间。这对于依赖于速度坐标而不是动量空间的各种分析计算和数值模拟是必要的。静电双流不稳定性的应用程序说明了使用相对论分布函数所造成的差异。
2010-03-03 astro-ph.HE
Generalized Relativistic Magnetohydrodynamic Equations for Pair and Electron-Ion Plasmas
在相对论双流体近似下，导出了电子-$^\pm$对等离子体和电子-离子等离子体的单流体方程，揭示了它们行为的相对论性质。在相对论性单流体方程的基础上，假设简单的条件，提出了满足因果关系的广义相对论性磁流体动力学方程。我们示出这些方程的线性分析关于各种等离子体波，以显示这里导出的广义RMHD方程的有效性，并揭示对等离子体和电子-离子等离子体的独特性质。不同的性质涉及（i）电荷的惯性效应，（ii）电流的动量，（iii）相对论性霍尔效应，（iv）热电动势，以及（v）两种流体之间的热化能量交换。利用推广的RMHD方程，我们还阐明了使用标准RMHD方程的条件以及对等离子体和电子-离子等离子体需要不同的RMHD方程。只有当两种流体的相对速度是非相对论性的，两种流体的焓密度之差远小于总焓密度时，标准的RMHD才是有效的，并且电子-离子对等离子体的上述特性可以忽略不计。我们讨论了适用于黑洞磁层中电子对和电子-离子等离子体的广义相对论方程。我们求出了旋转黑洞的有效电阻率。
2009-02-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
