Thin current sheets caused by plasma flow gradients in space and astrophysical plasma
等离子体流中的强梯度在空间和天体物理等离子体中起着重要作用。典型的情况是静态等离子体平衡被等离子体流包围，这可以导致在具有不同磁拓扑的场线之间的分界线处的强等离子体流梯度，例如，行星磁层、日冕中的头盔流光，或日光层和星际介质之间的边界。在这项工作中，我们迈出了第一步，以了解这些流动的影响对发生电流片在一个稳定的状态的情况。在这里，我们集中在不可压缩的等离子体流动和二维平衡，这使我们能够找到固定的磁流体力学方程（SMHD）的解析解。首先，我们解决磁流体静力学（MHS）方程的帮助下的梯度Shafranov方程，然后我们把这些静态平衡到一个稳定的状态与等离子体流。我们特别感兴趣的是研究SMHD-平衡与强等离子体流梯度垂直于separatrices。我们发现，诱导薄电流片自然发生在这种情况下。感应电流的强度取决于阿尔文马赫数及其梯度，以及磁场。
2010-08-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic waves in astrophysical Druyvesteyn plasmas: I. Langmuir waves
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
本文提出了一种基于广义Druyvesteyn分布模型的线性波建模方法，用于描述非麦克斯韦分布等离子体中的兰姆波特性。
2025-12-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Theory of magnetic reconnection in solar and astrophysical plasmas
磁重联是等离子体中的基本过程，其通过允许磁拓扑结构的改变来促进存储在磁场中的能量的释放。本文综述了对磁重联的认识现状。我们讨论了在复杂的三维磁场中形成电流片的理论结果，并描述了在二维和三维重联之间的根本区别。我们继续概述最近的发展，在动力学理论的重联建模，以及在MHD框架中，一些新的三维重联制度已被确定。我们讨论了支持这一理论的太阳系等离子体的观测和模拟的证据，并总结了一些突出的位置，这个新的重联理论是相关的天体物理等离子体。
2012-07-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Heuristic Description of Perpendicular Diffusion of Energetic Particles in Astrophysical Plasmas
提出了一种求解高能粒子无碰撞垂直扩散问题的启发式方法。推导出相应扩散系数的解析形式。这里提出的启发式方法解释了在以前的理论中使用的参数$a^2$，以实现与模拟及其与无碰撞Rechester和Rosenbluth扩散的关系。所获得的结果是高度相关的应用，因为以前使用的公式在某些情况下显着改变。
2019-08-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comment on "On the ionization equilibrium of hot hydrogen plasma and thermodynamic consistency of formulating finite partition functions"
Zaghloul [Phys. Plasmas 17，062701（2010）; arXiv：1010.1161v1]重新考虑了等离子体热力学中的占据概率形式主义，并声称以前模型中的不一致之处。我表明，这种不正确的说法的起源是一个省略的配置因子的配分函数。本arXiv版本补充了两个附录，其中我添加了对同一作者最近关于同一主题的两篇出版物的评论和评论：关于他对这一评论的回应[Phys. Plasmas 17，124705（2010）]以及他对Hummer和Mihalas（1988）形式主义的批评[Phys. Plasmas 17，122903（2010）; arXiv：1010.1102v1]。
2011-03-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observation of astrophysically-relevant superadiabaticity in a plasma confined by a dipole magnet
实验研究了偶极子磁场约束等离子体中电子的多方指数，发现非共振加热导致局部超绝热电子区域，该现象普遍存在于加热主导做功的情况，对天体物理等离子体能量交换具有重要意义。
2024-10-16 physics.plasm-ph
Dynamical generation of macroscale magnetic fields and fast flows in a four-component astrophysical plasma
本研究探讨了四组分天体物理尘埃等离子体中宏观磁场与流的产生机制，指出动能主导时适用直流发电机机制，磁能主导时适用反向/直流发电机机制，并发现Alfvén Mach数受密度与螺旋度影响。
2025-09-14 physics.plasm-ph
Toward Astrophysical Turbulence in the Laboratory
湍流是空间和天体物理等离子体中普遍存在的现象，它驱动着从大尺度到小尺度的能量级联，并强烈影响着由湍流耗散引起的等离子体加热。等离子体湍流的现代理论是基于这样一个基本概念，即湍流能量级联是由反向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用引起的，但这种相互作用从未被观测或实验证实。在这里，我们提出了第一个实验测量在实验室等离子体的非线性相互作用的对向传播阿尔芬波，天体物理等离子体湍流的基本组成部分。这种测量为将理想模型中的理论思想应用于现实空间和天体物理等离子体系统中的湍流奠定了坚实的基础。
2012-10-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A prescription for the turbulent heating of astrophysical plasmas
基于弱碰撞等离子体湍流的级联模型，计算了天体物理等离子体中由于Alfvenic湍流耗散引起的离子加热与电子加热的比值。讨论了该模型的有效性条件，给出了湍流加热的一个公式，并将其应用于吸积盘和星际介质的湍流加热的预测。
2010-09-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence IV: Laboratory Experiment
湍流是在整个空间和天体物理等离子体中发现的一种现象。它在太阳日冕加热、太阳风加速和星际介质加热中起着重要作用。在这些制度的湍流是占主导地位的阿尔芬波。大多数湍流理论都是使用理想等离子体模型建立的，例如不可压缩MHD。然而，一直没有实验证据来支持使用这种模型的弱到中度碰撞等离子体是相关的各种空间和天体物理等离子体环境。我们提出了第一个实验来测量两个反向传播的阿尔芬波，这是天体物理学湍流理论的基石之间的非线性相互作用。我们在这里提出了四个不同的测试，最终证明，我们确实测量的子阿尔芬波产生的非线性的碰撞之间的反向传播阿尔芬波。
2013-06-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamical fast flow generation/acceleration in dense degenerate two-fluid plasmas of astrophysical objects
我们已经表明，由于统一的反向发电机/发电机机制的初始湍流（微尺度）的磁场/速度场的简并二流体天体物理系统中的快速宏观尺度等离子体流的产生/放大。这一过程与微观尺度的统一发电机是同时进行的，并相互补充。研究发现，宏观尺度流动的产生是磁流体耦合的必然结果，宏观尺度快速流动的产生与磁场的产生是同时发生的，两者成比例增长。由此产生的动态流加速是直接成比例的初始湍流磁（动能/磁）能量在简并的e-i（简并的e-p）天体物理等离子体的过程是非常敏感的系统和磁流体耦合的简并水平。在简并e-p等离子体中，对于实际的物理参数，总是存在这样一个色散关系的实解，它保证了强宏观尺度流/外流的形成;产生/加速的局部超Alfvénic流非常快，Alfvén马赫数为$> 10^3$，正如在各种天体物理外流中所观察到的那样
2020-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Macro-scale fast flow and magnetic field generation in 2-temperature relativistic electron-ion plasmas of astrophysical objects
我们证明了在天体的二温相对论电子-离子等离子体中，由于统一的反向发电机/发电机机制，同时产生了宏观尺度的快流和强磁场。所产生的动态磁场放大和/或流动加速与初始湍流动能/磁（磁）能成正比;该过程对相对论热电子-离子分数温度和磁流体耦合非常敏感。结果表明，对于白矮星吸积热天体物理流/双星系统的实际物理参数，总是存在这样一个色散关系的实解，它保证了Alfvén马赫数为$> 10^6$的色散强超Alfvénic宏观流/流出的形成和/或超强磁场的产生。
2021-12-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-dimensional magnetic reconnection in astrophysical plasmas
磁重联是实验室、磁层、太阳和天体物理等离子体中的一个基本过程，其中磁能被转换为热能、体动能和快粒子能。它在二维中的性质比在三维（3D）中更好地理解，在三维中，它的特性完全不同，并且具有许多目前正在探索的不同方面。本文主要研究太阳系等离子体环境，特别是太阳耀斑中三维重联的磁流体动力学。在零点，分离器和准分离器的重联理论进行了描述，连同帐户的数值模拟和观察这三种类型的重联。分离重联和准分离重联之间的区别是一个理论上的区别，对于能量释放的观测并不重要。提出了一种新的太阳耀斑研究范式，其中三维重联起着核心作用。
2021-04-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Wisconsin Plasma Astrophysics Laboratory
威斯康星等离子体天体物理实验室（WiPAL）是一个灵活的用户设施，旨在研究一系列与天体物理学相关的等离子体过程以及模拟天体物理系统的新几何形状。由强钐钴永磁体构造的多尖磁桶现在限制10 m $^3$，完全电离，磁场自由等离子体在球形几何形状。等离子体参数$ T_{e}\approx5$到$20$ eV和$n_{e}\approx10^{11}$到$5\times10^{12}$ cm $^{-3}$为一系列天体物理实验提供了理想的测试平台，这些实验包括自激发电机、无碰撞磁重联、喷流稳定性、恒星风等。本文描述了WiPAL的功能以及在操作和规划阶段的几个实验，为未来用户展示了各种可能性。
2015-08-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence II: Numerical Solution
本文提出了一个数值验证的渐近解析解之间的非线性相互作用的对向传播阿尔芬波，天体物理等离子体湍流的基本积木。的解析解，推导出在弱湍流限制使用不可压缩的MHD方程，进行了比较，一个阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟。这些方法之间的协议意味着不可压缩的解决方案令人满意地描述了非线性能量转移的基本动力学，即使在弱碰撞等离子体条件下的许多天体物理环境。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electromotive field in space and astrophysical plasmas
本文综述了空间与天体物理等离子体中电动势场的理论认识与航天器观测，阐明其在闭合湍流磁流体力学方程组中的关键作用，并简要介绍其在地球磁层、日球层激波、星际介质和相对论性喷流等天体物理场景中的应用。
2024-12-30 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Electromagnetic vortex beam dynamics in degenerate electron-positron astrophysical plasmas
对于简并天体物理正负电子等离子体，我们考虑了带有角动量的电磁束的动力学。结果表明，对于任意简并度，当光束功率超过某一临界值时，光束分裂成许多细丝，最终形成稳定的空间孤子，使结构中心保持零场。
2021-10-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Dense astrophysical plasmas
我们简要地研究了中子星大气和大质量白矮星内部的致密等离子体特性。这些天体是分别研究氢在强磁场中的压力电离问题和量子单组分等离子体在有限温度下的结晶问题的天然实验室。
2002-11-20 astro-ph physics.plasm-ph
On the Relaxed States in the Mixture of Degenerate and Non-Degenerate Hot Plasmas of Astrophysical Objects
结果表明，一个相对论热电子组件的小污染可以诱导一个新的规模（结构形成）的离子简并电子等离子体组成的系统。在数学上，这个额外的尺度长度是增加准平衡Beltrami-Bernoulli状态的指数，这些状态已被调用来模拟几个感兴趣的天体物理系统。这两种电子，由于其相对论有效质量的不同来源，表现为两个不同的组件（每个都有自己的保守螺旋），并增加了丰富的准平衡态。由系统的具体参数决定，新的宏观尺度长度（比短的内在尺度长度（趋肤深度）大得多，通常比系统尺寸短得多）为能量转换开辟了新的途径。
2019-06-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nanoparticles designed from low pressure plasma as model for astrophysical dust clouds
通过实验室对类似材料的研究获得的红外光谱是解释天文红外数据和理解DISM中观测到的现象的重要工具。提出了一种新的模拟方法，即在氩/乙炔低压等离子体中生长的尘埃粒子。我们根据文献中的标准测试所提出的类似物的有效性。我们还提出了在4.62 μ m处的氮谱带的初步结果，该谱带已在稠密的冷尘埃中被确认。
2004-10-13 physics.plasm-ph
Collisional behaviors of astrophysical collisionless plasmas
在碰撞流体中，许多关键过程依赖于二元碰撞的频率。当两种流体足够快地碰撞时，碰撞似乎是产生冲击波的必要条件，以满足朗肯-雨果尼奥关系，建立状态方程或麦克斯韦分布。然而，这些看似碰撞的特征通常被观察到或假设与碰撞\emph{less}天体物理等离子体有关。本文将回顾我们目前对以下问题的回答：碰撞的无碰撞等离子体如何最终产生像流体一样的冲击？在这种情况下，兰金-于戈纽关系在多大程度上得到了满足？无碰撞冲击是否像流体冲击一样传播？我们能不能用状态方程来描述无碰撞的等离子体，就像天体物理学中的MHD代码那样？为什么麦克斯韦分布在无碰撞冲击的Particle-In-Cell模拟中无处不在？定义碰撞和无碰撞行为之间边界的时间和长度尺度将在相关时给出。一般来说，当可以忽略导致流体行为的无碰撞过程中所涉及的时间和长度尺度时，系统可以被视为流体。
2015-02-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Fundamental Parameters of Astrophysical Plasma Turbulence and its Dissipation: Nonrelativistic Limit
该研究引入无量纲等离子体与湍流参数，将10个通用参数缩减至各向同性温度下的3个基本参数，明确湍流阻尼动力学机制的参数依赖，首次绘制出基于驱动尺度和离子等离子体β的湍流阻尼机制相图，为湍流加热预测模型构建提供基础。
2024-04-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Laboratory simulation of astrophysical jets within facilities of Plasma Focus type
天体物理过程的实验室模拟是等离子体物理研究的热点之一。最近在库尔恰托夫研究所的等离子体焦点型设施上进行了一系列新的实验。主要目标是研究射流稳定的机制，因为它可以传播的距离远大于其横向尺寸。固定气体填充的实验揭示了形成窄准直等离子体射流的制度，其头部在射流传播距离达100 cm时不宽于几厘米。PF-1000（IFPiLM，Warsaw，Poland）和KPF-4（SFTI，Sukhum，Abkhazia）实验旨在创建轮廓初始气体分布以控制环境等离子体中等离子体射流传播的条件。无量纲参数，即马赫数，雷诺数，和Peclet数，这是在实验过程中实现的估计表明，PF设施可用于YSO射流建模。未来的实验，这可以让一个了解的性质，在许多天体物理源观察到的稳定等离子体喷射，进行了讨论。
2018-08-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamics of Alfvén waves in partially ionized astrophysical plasmas
本文建立了一个二维、自洽、可压缩流体模型，研究了部分电离天体物理和空间等离子体中Alfvenic模的演化。部分电离的等离子体主要由电子、离子和重要的中性原子组成。这些物种之间的非线性相互作用主要通过直接碰撞或电荷交换过程发生。我们的模型唯一地描述了两个不同的演化流体之间的相互作用过程。在我们的模型中，电子和离子被描述为一个单一的流体可压缩磁流体动力学（MHD）模型，并通过可压缩流体动力学方程自洽耦合到中性流体。等离子体和中性流体处理不同的能量方程，充分使我们能够监测这两种不同的流体之间的非绝热和热能交换过程。基于我们的自洽模型，我们发现，阿尔文模式在空间和天体物理等离子体中的传播速度减慢，因为这些波阻尼主要是由于与中性原子的直接碰撞。因此，能量转移发生在等离子体和中性流体之间。我们描述了导致等离子体和中性粒子之间能量转移的模式耦合过程以及相应的光谱特征。
2009-12-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nuclear astrophysical plasmas: ion distribution functions and fusion rates
这篇文章说明了如何非常小的偏离麦克斯韦指数尾部，而保持不变的散装量，可以产生显着的影响融合反应速率，并讨论了几种机制，可以导致这种偏差。
2005-11-15 astro-ph cond-mat.stat-mech nucl-th
On the Formation and Properties of Fluid Shocks and Collisionless Shock Waves in Astrophysical Plasmas
当两个等离子体碰撞时，它们的相互作用可以通过无碰撞等离子体不稳定性或每个壳层粒子之间的二元碰撞来介导。通过比较无碰撞不稳定性的最大增长率与壳层粒子之间的碰撞频率，我们确定了将无碰撞形成与碰撞形成所产生的冲击波分开的临界密度。这个临界密度也是一个密度，超过这个密度，下游的激波就没有场了，因为等离子体不稳定性没有时间发展电磁模式。进一步确定了下游碰撞时壳体的初始密度和速度条件。如果这些量满足确定的条件，则下游的碰撞性也防止冲击波加速粒子或产生强磁场。我们比较的声速与两个壳之间的碰撞的相对速度，从而确定的部分的参数空间中的强冲击的形成是可能的经典和简并等离子体。最后，我们讨论了在几个天体物理设置的观测结果。
2018-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic Turbulence in Astrophysical Plasmas: Waves and/or Structures?
相干结构和波的相对重要性的问题已经吸引了很长一段时间在天体物理等离子体湍流研究的兴趣，最近的重点是动力学尺度动力学。在这里，我们利用高分辨率的观测和模拟数据来研究弱碰撞，湍流动力等离子体中出现的波和结构的性质。观测结果是基于Cluster和MMS航天器的现场太阳风测量，模拟结果是从外部驱动的三维全动力学模拟中获得的。使用一组新的诊断措施，我们表明，无论是大振幅的结构和低振幅的背景波动保持动力阿尔芬波的线性特征，为了统一。这一定量证据表明，动力学湍流不能被描述为相互排斥的波和结构的混合物，而是可以被描绘为局部化的、各向异性的波包或不同振幅的“涡旋”的集合，其在非线性演化期间保持某些线性波特性。
2019-08-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Storage-ring ionization and recombination experiments with multiply charged ions relevant to astrophysical and fusion plasmas
回顾了海德堡重离子储存环TSR的过去和正在进行的研究活动，其目的是提供精确的绝对速率系数和原子碰撞过程的截面的应用在天体物理和磁约束聚变。特别讨论了铁离子的双电子复合和电子碰撞电离以及钨离子的双电子复合。
2011-08-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.atom-ph
An analytic solution of the Boltzmann equation in the presence of self-generated magnetic fields in astrophysical plasmas
通过将自生磁场与天体物理等离子体中产生磁场的自由电子的规则运动联系起来，求解了存在自生磁场时的Boltzmann动力学方程，得到了该方程的稳态碰撞不变解析解.
1998-07-12 adap-org astro-ph hep-ph
Parametric Instabilities in Shallow Water Magnetohydrodynamics Of Astrophysical Plasma in External Magnetic Field
这封信讨论了天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学（MHD）。本文用浅水近似来描述垂直外磁场中具有自由表面的薄等离子体层。垂直磁场的存在从根本上改变了天体物理等离子体中的波过程动力学相比，中性流体和等离子体层中的一个thoroidal磁场。在这种情况下，存在三波非线性相互作用。利用渐近多尺度方法推导了非线性波包相互作用方程：三个磁庞加莱波相互作用、三个磁旋波相互作用、两个磁庞加莱波和一个磁旋波相互作用以及两个磁旋波和一个磁庞加莱波相互作用。衰变不稳定性和参数放大的存在进行了预测。我们发现了以下四种衰变不稳定性：磁庞加莱波衰变为两个磁庞加莱波，磁旋波衰变为两个磁旋波，磁庞加莱波衰变为一个磁庞加莱波和一个磁旋波，磁旋波衰变为一个磁旋波和一个磁庞加莱波。还发现了磁庞加莱波的参量放大、磁旋波的参量放大、磁旋波存在时的磁庞加莱波放大和磁旋波存在时的磁旋波放大等参量放大机制。分别求出了不稳定性增长率和参数放大因子。
2015-12-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helicity-Flux-Driven Alpha Effect in Laboratory and Astrophysical Plasmas
磁螺旋度守恒对α效应的约束被认为是磁和流动为主的自组织等离子体。直接数值模拟的主要贡献的α效应，它可以被铸造的平均螺旋度通量，称为螺旋度通量驱动的α（H $α$）效果的总发散的函数形式。本文对H $α$效应进行了直接数值模拟，并给出了两个例子：对撕裂模不稳定的磁主导环形等离子体和流动主导的吸积盘。
2014-03-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear Coupling of Electromagnetic and Spin-Electron-Acoustic Waves in Spin-polarized Degenerate Relativistic Astrophysical Plasma
研究有限振幅电磁波在部分自旋极化简并等离子体中传播引发的不稳定性，发现其源于电磁波与纵向自旋电子声波的相互作用，且不稳定性随自旋极化增强而增加。
2022-02-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
One-to-one direct modeling of experiments and astrophysical scenarios: pushing the envelope on kinetic plasma simulations
有许多天体物理和实验室的情况下，动力学效应发挥了重要作用。这些范围从天体物理冲击和等离子体壳碰撞，高强度激光等离子体相互作用，应用于快速点火和粒子加速。要进一步了解这些情景，需要进行详细的数值模拟，但完全相对论性的动力学代码计算量很大，对这些情景进行一对一的直接模拟并与实验结果进行直接比较的目标仍然难以实现。在本文中，我们讨论了在进行动力学等离子体模拟实验和天体物理方案所涉及的问题，重点是需要实现一对一的直接建模，以及所涉及的计算要求。我们专注于代码效率和新算法，特别是并行可扩展性问题，即动态负载平衡，高阶插值和提升帧模拟，以优化模拟性能。我们还讨论了这些数值实验所需的新的可视化和数据挖掘工具，并介绍了最近的模拟工作，说明这些技术。
2008-10-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electron Acceleration via Lower-Hybrid Drift Instability in Astrophysical Plasmas: Dependence on Plasma Beta and Suprathermal Electron Distributions
本研究拓展低杂漂移不稳定性（LHDI）电子加速研究至更广天体等离子体环境，通过准线性模型确定等离子体β与超热电子谱斜率的加速临界值，发现超热电子可显著提升高β等离子体中的LHDI电子加速效率。
2025-10-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Plasma Physics of Extreme Astrophysical Environments
某些类别的天体，即磁星和超新星和伽马射线暴的中心引擎，具有宇宙中其他地方没有遇到过的极端物理条件。特别是，它们拥有超过44太高斯临界量子场的磁场。要弄清楚这些复杂的超磁化系统如何工作，需要了解各种等离子体过程，包括小尺度动力学和大尺度磁流体动力学（MHD）。然而，超强磁场改变了基础物理，以至于许多相关的等离子体物理问题需要建立基于QED的相对论量子等离子体物理。在这篇综述中，在描述了感兴趣的极端天体物理系统，并确定了关键的相关等离子体物理问题，我们调查的最新进展，在这样一个理论的发展。我们讨论了超临界场如何改变真空和物质的性质，并概述了描述非相对论和相对论量子等离子体的基本理论框架。然后，我们转向天体物理学的应用相对论QED等离子体物理相关的磁星磁层和中央引擎的超新星和长GRB。具体来说，我们讨论了光通过磁星磁层的传播;大规模的磁流体动力学过程驱动磁星活动和伽玛射线暴喷气发射和传播;能量传输过程中的极端等离子体环境的热力学;微尺度动力学等离子体过程中的重要的相互作用，强烈的磁层电流与磁星的表面;和磁重联的超强磁场。最后，我们指出，未来的进展将需要发展的数值模拟能力。
2014-01-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the calculation of equilibrium thermodynamic properties and the establishment of statistical-thermodynamically-consistent finite bound-state partition functions in nonideal multi-component plasma mixtures within the chemical model
本文在化学图象的范围内修正了非理想多组分等离子体系统平衡热力学性质的计算和热力学-热力学相容有限束缚态配分函数的建立问题。目前的探索伴随着引入一个广义的准确制定，在逆问题的解决方案方面，明确的歧义，并给出了一个更好的理解的问题上指出的弱点和不准确/不一致埋在文献中广泛使用的模型。
2010-10-06 physics.plasm-ph
Laboratory Plasma Dynamos, Astrophysical Dynamos, and Magnetic Helicity Evolution
“发电机”一词对实验室聚变等离子体和天体物理等离子体社区来说意味着不同的东西。为了减轻由此产生的混乱，并促进跨学科的进展，我们查明实验室等离子发电机和天体物理发电机之间的概念差异和相似之处。我们可以把发电机分为三种类型：1.磁主导的螺旋发电机，其维持大规模磁场抵抗电阻衰减，并将磁几何形状驱动到最低能量状态，2.流动驱动的螺旋发电机，其在另外的湍流中放大或维持大尺度磁场，以及3.流动驱动的非螺旋发电机，其在驱动湍流或低于驱动湍流的尺度上放大场。我们讨论如何所有三种类型发生在天体物理学，而等离子约束装置发电机是第一种类型。3型发电机不需要任何形式的磁性或动力学螺旋度。专注于类型1和2发电机，我们展示了如何不同的限制，一套统一的磁螺旋度演化方程揭示这两种类型。我们明确地描述了一个1型发电机的稳态例子，和三个2型发电机的例子：（i）封闭的体积和时间依赖;（ii）开放边界的稳态;（iii）开放边界的时间依赖。
2006-04-10 astro-ph physics.plasm-ph
Local thermodynamics of a magnetized, anisotropic plasma
从第一性原理出发，导出了弱耦合磁化各向异性等离子体中流体元的内能表达式。其结果是熵、粒子密度和磁场的函数，因此起到热力学势的作用：它原则上决定了流体元素的所有热力学性质。特别是它提供了磁化等离子体的状态方程。推导过程中使用了常见的流体方程、动力学理论的一些要素、法拉第定律的MHD版本以及某些常见的稳定性和规律性条件。
2013-01-21 physics.plasm-ph
Astrophysical explosions revisited: collisionless coupling of debris to magnetized plasma
一个快速膨胀的云电离碎片和周围的磁化等离子体之间的耦合是重新访问的混合动力（动力学离子/流体电子）的模拟代码，允许在广泛的等离子体参数的研究。在特定范围的假设条件下，推导出碎片总质量和爆炸速度方面的简单比例律，并对碎片云的最大尺寸和沿磁场爆炸自由流的碎片比例进行了验证。以最小耦合到背景磁场的方式从爆发中逃逸的碎片量随着碎片回转半径而增加。两种不同碎片种类的测试案例-包括回转半径相对较大的少数重碎片种类-突出表明碎片的无碰撞耦合如何取决于单粒子轨迹以及总的能量和动量能量守恒。
2021-09-01 physics.plasm-ph
Astrophysical and laboratory plasmas: HF properties under extreme conditions
具有磁场或在双星系统中另一个组成部分的磁场中运动的恒星等离子体的电导率值可能具有重要意义，因为它们有助于研究此类物体的热演化、冷却、吸积物质的核燃烧以及它们的磁场。因此，在数值计算的基础上，在一个外部HF电场的稠密等离子体电导率的值，我们确定了极端条件下的天体物理等离子体的HF特性。研究的频率范围涵盖了红外、可见光和近紫外区域，并考虑电子数密度和温度分别在$10^{21} \textrm{cm}^{-3} \le Ne$和20 000 $\le T$的范围内。该方法为研究具有不同大气成分（DA、DC等）的白矮星提供了一种强有力的工具，以及对其他一些恒星（M型红矮星、太阳等）的研究。
2017-06-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Recent progress in astrophysical plasma turbulence from solar wind observations
本文总结了一些最近的进展，已在了解天体物理等离子体湍流的太阳风，从现场航天器的观测。在大尺度上，湍流主要是Alfvenic的，临界平衡，剩余能量和三维结构的测量进行了讨论，以及最近的强Alfvenic湍流模型的比较。在这些尺度上，百分之几的能量也在压缩波动中，它们的性质，各向异性，以及与Alfvenic分量的关系被描述。在小尺度的动力学范围内，低于离子gyroscale，湍流成为主要动力学Alfven在性质上，和测量的光谱，各向异性，并讨论了这种湍流的不稳定性相对于最近的级联模型。剩下的主要问题之一是如何耗散的湍流能量，和一些最近的工作在这个问题上，除了未来的空间任务，这将有助于回答这个问题，简要讨论。
2016-11-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
The nonextensive parameter for the rotating astrophysical systems with power-law distributions
研究了具有幂律分布的旋转天体物理系统的非广延参数，包括旋转自引力系统和旋转空间等离子体。本文将非广延参数方程推广到任意力场作用下的复杂系统，导出了一般的q参数方程，最一般地包括旋转自引力系统和旋转空间等离子体。同时，再现了空间等离子体中的κ分布，得到了κ参数的表达式。结果表明，q参数不仅与温度梯度、重力和电磁力有关，而且与惯性离心力和科氏力有关。因此，旋转引入显着的影响在系统中的非扩展性。给出了几个例子来说明非广延效应引入的旋转。
2017-02-09 astro-ph.SR cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Evidence of a "current-mediated" turbulent regime in space and astrophysical plasmas
在空间和天体物理等离子体中，湍流能量级联如何在磁流体动力学尺度下发展是一个主要的开放问题。在这里，我们测量了帕克太阳探测器在太阳附近的观测和等离子体湍流的最先进的数值模拟中的磁波动的功率谱。两者都揭示了幂律行为的斜率兼容$-11/3$在尺度小于离子特征尺度，比通常观察到的太阳风和地球的磁鞘陡峭。我们解释这种行为，通过开发一个简单的双流体模型，不需要任何动力学过程，也不电子惯性效应。其特征在于，在子离子尺度下，离子动能对总湍流能量级联的显著贡献，尽管动力学通过电流密度由磁场驱动。我们预计，这一制度可能是相关的低β等离子体，如太阳日冕，非相对论性磁化喷流和磁盘，和实验室等离子体的广泛类别。
2020-10-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Measurement of the plasma astrophysical S factor for the 3He(D, p)4He reaction in exploding molecular clusters
利用强超快激光脉冲与氘分子团簇的相互作用，首次在几keV的温度下测量了~ 3 He（D，p）~ 4 He聚变反应的等离子体天体物理S因子。在气体喷射靶中混合不同比例的D2和3 He或CD 4和3 He，以允许测量3 He（D，p）4 He反应的截面。测量了3 He（D，p）4 He反应产生的14.7 MeV质子的产额，以提取低能下的天体物理S因子。我们的结果与文献中发现的其他S因子参数化是一致的。
2013-07-01 nucl-ex physics.plasm-ph
Resonant instabilities mediated by drag and electrostatic interactions in laboratory and astrophysical dusty plasmas
本文将共振阻力不稳定性中的缺陷特征值共振机制推广为共振不稳定性框架，揭示双流、丝状电离与声学RDI的物理共性及其实验室研究价值。
2023-07-20 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Turbulence and Magnetic Fields in Astrophysical Plasmas
我们讨论了目前的理解的天体物理MHD湍流的最基本的属性和追溯的起源，现代的观点和理论的不确定性，在20世纪50年代和60年代提出的想法由Iroshnikov，Kraichnan，Batchelor，Schmidter和Biermann。强调了该理论的普遍性。两个主要的天体物理应用触及：在太阳风和星系团的湍流。在某种（非常近似的）意义上，这是小尺度湍流的两种“纯”情况，其中MHD湍流的两种主要状态的理论模型--有和没有强平均磁场--可以进行测试。它们也是天体物理学等离子体中或多或少普遍存在的复杂性的很好的例子：事实上，磁流体动力学描述不足以描述天体物理学湍流，等离子体物理必须进入。
2007-05-14 astro-ph nlin.CD physics.hist-ph
Maser and other instabilities in a weakly magnetized relativistic plasma: Theory and the astrophysical relevance of the maser
给出了具有各向同性粒子分布函数的弱磁化相对论等离子体中脉泽不稳定性的一个充分条件。从磁化等离子体的精确介电常数张量出发，计算了脉泽的生长速率和极化。对于非常弱的磁场，我们的结果证实了近似有效性的“标准脉泽理论”，这是基于爱因斯坦系数的方法，有一个显着的例外。对于倾斜传播和现实（小但有限）的领域，两个（近圆）极化的增长率显着不同，而标准理论预测两个（近圆）极化具有相似的增长率。我们表明，这种偏差是由于圆偏振同步辐射，这是忽略了标准理论。脉泽的增长速度比朗缪尔波慢。然而，在（高度简化的）直接数值模拟中可以看到EM波的显著产生。我们研究了脉泽不稳定性的非线性饱和，发现它提供了一个机制，等离子体能量的显着部分转换为无线电波。我们简要地讨论了条件下，微波激射不稳定性可能在天体物理源，并提供粗略的估计，可作为指导时，研究特定的天体物理源/现象。
2019-01-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic field amplification in turbulent astrophysical plasmas
磁场在天体物理吸积盘、星际和星系间介质中起着重要作用。它们驱动喷流，抑制恒星形成云中的碎片，并对恒星的吸积率产生重大影响。然而，宇宙磁场的确切放大机制仍然知之甚少。在这里，我首先回顾了最近的进展，在数值和理论建模的“湍流发电机”，这可能会解释银河系和星系间磁场的起源。虽然发电机行动以前非常详细地研究了不可压缩等离子体，我在这里特别强调高度可压缩的天体物理等离子体，其特点是强烈的密度波动和冲击，如星际介质。我发现，发电机行动的作品不仅在亚音速等离子体，但也在高度超音速，可压缩等离子体，以及低和高磁普朗特数。我进一步提出了新的数值模拟，从我确定的湍流（无序）磁场分量（$B_\mathrm{turb}$）的存在下，弱和强的引导字段（$B_0$）的增长。我改变$B_0$超过5个数量级，发现$B_\mathrm{turb}$对$B_0$的依赖性相对较弱，可以用一个简单的理论模型来解释，在这个模型中，湍流提供了放大$B_\mathrm{turb}$的能量。最后，我讨论了磁场对吸积盘结构、喷流发射和星际云恒星形成率的一些重要影响。
2016-11-22 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Carbon ionization at Gbar pressures: an ab initio perspective on astrophysical high-density plasmas
极端热力学状态下部分电离物质的真实描述对于模拟高密度天体的内部和演化至关重要。目前对其基本性质电离度的预测，广泛依赖于最近受到一系列实验挑战的分析近似。在这里，我们提出了一种新的从头计算方法来计算电离度直接从动态电导率，使用的Escheras-Reiche-Kuhn求和规则。这个密度泛函理论框架真正捕捉到了凝聚态物质的本质和强相关等离子体的典型量子效应。我们展示了碳和碳氢化合物的这种新能力，它们最显着地用作惯性约束聚变实验中的烧蚀材料，旨在重现恒星条件。我们发现一个显着更高的碳电离度比常用的模型预测，但验证了平均原子模型Purgatorio的定性行为。此外，我们发现碳的电离态在完全电离的氢的环境中保持不变。我们的研究结果不仅可以作为传统模型的基准，更重要的是提供了一个实验上可以获得的电导率形式的量。
2020-04-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Geometrical Formulation of Hybrid Kinetic and Gyrokinetic Hamiltonian Field Theory for Astrophysical and Laboratory Plasmas
在目前的工作中，一致的拉格朗日模型，封装完全动力学离子和回旋电子的太阳风电磁湍流制定。使用一致的方法，其中电子和质子都被视为具有相同的数学形式主义，我们推导并实现了一个模型，其中高频波和动力学电子的影响被描述在一个计算成本效益的方式。为此，高阶李变换微扰法应用于哈密顿制定的指导中心运动，以描述粒子和场的动力学。此外，使用的哈密顿制定允许我们引入一个阿贝尔和规范不变的电磁场论封闭的系统。
2023-02-10 astro-ph.SR math.SG physics.plasm-ph
The Development of Magnetic Field Line Wander by Plasma Turbulence
等离子体湍流普遍存在于空间和天体物理等离子体中，介导能量从大尺度电磁场和等离子体流到小尺度的非线性传递，在小尺度下能量可能最终转化为等离子体热。但是等离子体湍流通常也会导致穿过等离子体的磁场的缠结。由此产生的磁场线的漂移可能会显著影响许多重要的物理过程，包括宇宙射线和高能粒子的传播，磁聚变装置中的约束，以及湍流、磁重联和粒子加速的基本过程。详细回顾了磁场线漂移的各种潜在影响，并确定了一些重要的理论考虑，可能会影响天体物理等离子体湍流中磁场线漂移的发展和饱和。亚离子长度尺度的动力学阿尔芬波湍流的非线性gyrokinetic模拟的结果进行评估，了解发展和饱和的湍流磁能谱和磁场线漂移。研究发现，湍流空间和天体物理等离子体通常包含一个随机的磁场，由于强等离子体湍流场的纠缠。未来的工作将探讨如何饱和磁场线漂移变化的等离子体湍流的振幅和热磁压力的比例，称为等离子体β的函数。
2017-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Link between K-absorption edges and thermodynamic properties of warm-dense plasmas established by improved first-principles method
通过精确的计算，将X射线K吸收边的变化转化为热力学性质的变化，可以利用X射线吸收技术定量表征温暖稠密等离子体的内部热力学性质，为惯性约束聚变等天体物理应用提供必要的信息。我们表明，这种解释可以通过改进的第一性原理方法来实现。我们的计算表明，K边的移动表现出选择性的热参数的敏感性，因此将是一个合适的温度指数温暖稠密等离子体。我们还表明，与其他实验工具相结合时，一个简单的模型，K-边缘的移动可以用来检测温暖的致密等离子体内部的不均匀性。
2015-02-21 physics.plasm-ph
Flow-Regulated Suprathermal Particle Acceleration in Weakly Collisional Astrophysical Plasmas
Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文与空间科学研究院）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）
利用一维Fokker-Planck框架研究弱碰撞等离子体中超热粒子群的形成，引入系统性速度空间漂移项描述流驱动的净能量化，发现速度空间扩散主导超热尾形成，而流漂移调控其效率和谱特性。
2026-06-05 physics.plasm-ph
