Mushroom-instability-driven Magnetic Reconnections in Collisionless Relativistic Jets
本文采用粒子模拟方法研究了具有速度剪切的相对论性无碰撞喷流中的等离子体动力学。在相对论速度的剪切流中，蘑菇不稳定性是一种重要的动力学尺度等离子体不稳定性，它驱动着间歇性的磁重联。我们把这一系列的动力学等离子体现象称为“MI驱动的MR”。随着重联点位置从初始速度剪切面附近向射流中心移动，MI驱动的MR间歇性地发生。因此，由MI驱动的MR加速的高能量电子的数密度在初始速度剪切表面内的区域中随着时间的推移而增加，伴随着MI的磁场的产生和随后的放大。电子的最大洛伦兹因子随射流的初始体积洛伦兹因子的增大而增大。本文还讨论了磁共振驱动磁共振与活动星系核喷注脊中明亮同步辐射的可能关系。
2022-02-20 astro-ph.HE
Structure of a collisionless pair jet in a magnetized electron-proton plasma: Flow-aligned magnetic field
我们提出的结果，从一个粒子在细胞（PIC）模拟模型之间的相互作用的空间定位的电子-正电子云和电子-离子等离子体。后者是由一个磁场，最初是空间均匀的，并与对云的平均速度矢量对齐渗透。电子对云排出磁场，并将其堆积成一个电磁活塞。它的电磁场足够强，可以在垂直于云传播方向的方向上将对云与环境等离子体分离。活塞从注入的电子对云的脊向外传播，并将质子加速到一个高的非相对论速度。加速的质子形成一个外层茧，最终将通过快速磁声冲击与未受扰动的周围等离子体分离。在云的前部没有形成电磁活塞，激波在这里由平行不稳定性介导。最终的等离子体分布类似于流体动力学射流。在吸积黑洞的日冕等离子体中可能会形成无碰撞等离子体喷流，而活塞的强磁场与热对云之间的相互作用可能有助于这些物体的无线电发射。
2020-01-26 astro-ph.HE
Asymptotic theory of relativistic, magnetized jets
本文研究了相对论性热强磁化喷流在离源较远距离处的结构。导出了描述外部约束射流的准直和加速的渐近方程。找到了将热能转化为流体动能或坡印亭通量的条件。给出了射流准直角和洛伦兹因子的简单换算。
2010-12-12 astro-ph.HE
Full particle-in-cell simulation of the interaction between two plasmas for laboratory experiments on the generation of magnetized collisionless shocks with high-power lasers
采用一维粒子模拟方法，对强激光产生磁化无碰撞激波的实验室实验进行了初步的数值实验。本文研究了运动的铝等离子体和静止的氮等离子体之间的相互作用。在数值实验中，氮等离子体是未磁化的或被一个弱的外部磁场磁化。由于先前的研究表明由于Biermann电池在活塞（铝）等离子体中产生自发磁场，因此磁场的效果是令人感兴趣的。当两个等离子体中的一个被磁化时，在两个等离子体之间的界面附近观察到电子密度和磁场的急剧跳跃，这表明切向电子-磁流体动力学间断的形成。当铝等离子体被磁化时，氮离子在铝等离子体区回旋时，铝等离子体的密度和磁场都发生了强烈的压缩。激波下游的形成由激波跳跃条件指示。结果表明，活塞（铝）等离子体中的自发磁场在垂直无碰撞激波的形成中起着至关重要的作用。
2019-02-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Launching of jets by cold, magnetized disks in Kerr Metric
我们证实了曹最近的发现，在附近的快速旋转的黑洞射流可以发射离心冷，磁化磁盘，甚至几乎垂直形状的磁通量表面。通过在无力磁层近似下研究试验粒子的运动学，研究了在这种极端条件下产生的外流。磁离心发射的可能性非常好的准直中心流出周围的快速旋转的黑洞的影响进行了讨论，在AGN的喷流形成方案的一般情况下。
2010-01-20 astro-ph.HE
Linear Stability Analysis of Relativistic Magnetized Jets: The Minimalist Approach
本文提出一种极简线性稳定性分析方法，将问题化为一阶常微分方程并利用复函数辐角求色散关系，并应用于相对论性磁化天体物理喷流模型。
2024-04-16 astro-ph.HE
Relativistically Magnetized Collisionless Shocks in Pair Plasma: I. Solitons, Chaos, and Thermalization
本文提出相对论性磁化无碰撞激波的新理论模型，揭示其耗散源于准周期孤子结构中轨道混沌而非集体等离子体作用，并恢复Rankine-Hugoniot条件、推导熵产生率与热化过程。
2025-05-06 astro-ph.HE nlin.CD physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of collisionless shock formation via head-on merging of two laboratory supersonic plasma jets
我们描述了数值模拟，使用粒子在细胞（PIC）和混合PIC代码Lsp [T。P. Hughes等人，物理修订版ST加速Beams 2，110401（1999）]，两个实验室超音速等离子体射流的迎面合并。这些实验的目的是在实验室中形成和研究与天体物理学有关的无碰撞冲击。使用等离子体射流的初始条件（密度约为10^14-10^16 cm^（-3），温度约为几eV，传播速度约为20-100 km/s），射流传播的大规模模拟表明，在合并区域，两股射流之间的相互作用基本上是无碰撞的。在高分辨率的一维和二维模拟中，我们表明，无碰撞冲击所产生的合并射流时，沉浸在施加的磁场（B ~ 0.1-1千克）。在预期的等离子体射流速度高达100 km/s时，我们的模拟不会产生非磁化的无碰撞冲击，这需要更高的速度。磁场的方向以及射流的轴向和横向密度梯度对相互作用的性质具有强烈的影响。我们比较我们的一些模拟结果与以前发表的PIC模拟研究的无碰撞冲击波的形成。
2013-05-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Suppression of inverse magnetic energy transfer in collisionless marginally magnetized plasmas
本研究通过模拟与理论分析发现，无碰撞等离子体中压力各向异性驱动的不稳定性会抑制磁能逆传输，该过程受磁化程度影响，为理解宇宙磁生成中种子磁场的演化提供了动力学机制解释。
2025-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the Linear Stability of Magnetized Jets Without Current Sheets: Non-Relativistic Case
在本文中，我们考虑不携带净电流且不具有电流片的磁化射流的稳定性（Gourgouliatos等人，2012）。将非相对论性MHD方程围绕背景速度和射流的磁场结构线性化。由此产生的线性方程数值求解内射流。我们发现，引入电流片自由磁场显着提高射流稳定性相对于未磁化的射流或磁化射流与电流片在其表面。这特别适用于基本的箍缩和扭结模式-它们在宽范围的长波长中被完全抑制，当演化进入非线性状态时，已知长波长对射流稳定性最有害。收缩和扭结不稳定性的反射模式也随着磁化强度的增加而逐渐变得更加稳定。
2015-02-27 astro-ph.HE
High-power laser experiment forming a supercritical collisionless shock in a magnetized uniform plasma at rest
提出了一种新的产生准垂直超临界磁化无碰撞激波的实验方法。在我们的实验中，环境氮（N）等离子体是在休息和良好的磁化，它具有均匀的质量密度。等离子体是由激光驱动的烧蚀铝（Al）等离子体推动的。条纹光学高温计和空间分辨激光集体汤姆逊散射澄清等离子体密度和温度的结构，这是比较一维粒子在细胞模拟。结果表明，激光辐照后，Al等离子体被自生的Biermann电池场磁化，并与入射的N等离子体发生碰撞。N等离子体中的压缩外部场反射N离子，导致逆流磁化N流。也就是说，我们识别反射的N离子的边缘。这种相互作用的等离子体形成了磁化的无碰撞激波。
2022-02-07 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.plasm-ph
Efficiency of internal shocks in magnetized relativistic jets
我们研究了相对论磁化外流中内激波将动能转换为热能/磁能的动力学和辐射效率。对大量圆柱壳碰撞问题进行了参数研究。我们探索了在保持总流量亮度恒定的同时，可变流体磁化如何影响效率，并发现轻度磁化喷流中壳层的相互作用比非磁化流产生更高的动态效率，但辐射效率较低。假设相对论粒子在内部激波加速，计算了不同壳层磁化的多波长辐射特征。
2011-11-15 astro-ph.HE
The different flavors of extragalactic jets: Magnetized relativistic flows
通过三维数值模拟研究磁化相对论性喷流在均匀环境中的传播，发现低磁化强度喷流减速至亚相对论速度并形成FR I形态，而高磁化强度喷流减速显著减弱。
2024-02-07 astro-ph.HE
Parallel Collisionless Shocks in strongly Magnetized Electron-Ion Plasma. I. Temperature anisotropies
本研究利用PIC模拟探究强磁化等离子体中平行无碰撞电子-离子激波的特性，揭示了不同磁化强度下激波的压缩比、不稳定性、粒子加速及温度演化规律，明确其与标准MHD行为的偏差。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Mechanism of generating collisionless shock in magnetized gas plasma driven by laser-ablated target plasma
本文利用一维全粒子模拟研究了激光烧蚀靶等离子体驱动磁化气体等离子体产生无碰撞激波的机制，发现前驱波对种子激波的形成至关重要，且其起源依赖于靶等离子体注入时间。
2024-11-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Linear Stability Analysis of Relativistic Magnetized Jets: Methodology
本文提出了一种线性稳定性分析方法，通过扰动圆柱轴对称稳态喷流并线性化相对论性理想MHD方程，推导色散关系以计算不稳定性增长率，并应用WKBJ近似及给出特定子情形的解析解。
2023-08-30 astro-ph.HE
On the Linear Stability of Sheared and Magnetized Jets Without Current Sheets - Non-Relativistic Case
在之前的论文（Kim等人，2015）中，我们考虑了不携带净电流且不具有电流片的磁化射流的线性稳定性。在本文中，除了物理上动机良好的磁场结构，我们还包括射流剪切的影响。我们研究的喷流除了具有真实的磁场结构和速度剪切外，还具有有限的热压力。我们发现，剪切有强烈的稳定效果，对各种模式的射流不稳定性。增加剪切稳定在长波长和短波长的基本箍缩模式。增加剪切也稳定在短波长的第一反射箍缩模式。增加剪切只有一个非常温和的稳定作用的基本扭结模式在长波长，然而，增加剪切确实有很强的稳定作用的基本扭结模式在短波长。第一反射扭结模式通过在较短波长处增加剪切而强烈稳定。总的来说，我们发现，磁场和剪切的组合效果稳定射流比单独剪切。除了正式的线性稳定性分析的结果，我们提出了一种新的方式可视化和理解射流稳定性。这使我们对剪切磁化射流的增强稳定性有了更深的理解。我们还强调了我们的数值方法的价值，在了解与现实结构的射流的线性稳定性。
2016-03-01 astro-ph.HE
Numerical simulations of the internal shock model in magnetized relativistic jets of blazars
相对论喷流中的内激波情景被用来解释耀变体辐射的变化。最近的研究表明，磁场显着改变壳层碰撞动力学，产生各种光谱能量分布和光变曲线图案。然而，磁化在这种发射过程中所起的作用仍然没有完全理解。在这项工作中，我们数值求解磁化壳碰撞的磁流体动力学演化，并确定磁化对所观察到的辐射的影响。我们的程序包括系统地改变壳层的洛伦兹因子、相对速度和视角。产生整个宽带光谱能量分布和光变曲线所需的计算在计算上是昂贵的，并且使用高性能并行代码来实现。
2015-02-27 astro-ph.HE
Numerical study of broadband spectra caused by internal shocks in magnetized relativistic jets of blazars
相对论喷流中的内部激波假设已经被用来解释耀变体外流辐射的变化。最近的模拟表明，磁场改变了这些冲击的动力学，产生了一个完整的光谱能量密度模式动物园。然而，磁化在这种高能发射中所起的作用仍然没有完全理解。借助于\emph{Fermi}的第二个LAT活动星系核目录，我们与$γ$射线波段的观测结果进行了比较，以确定磁场的影响。
2013-09-18 astro-ph.HE
Fluctuation Dynamo in Collisionless and Weakly Collisional Magnetized Plasmas
在弱碰撞的天体物理等离子体中，如星系团的团内介质中，宇宙磁场的混沌流体运动的放大受到磁场排列的压力各向异性的绝热产生的阻碍。这种各向异性驱动了平行于磁场的粘性应力，抑制了等离子体拉伸磁场线的能力。我证明，通过使用动力学模拟，在高$β$等离子体，动力学离子拉莫尔尺度不稳定性切断热压力和磁压力之间的绝热联系，减少这种粘性应力，从而使发电机操作。两个不同的制度的波动发电机在磁化等离子体中确定：一个在这些不稳定性有效地调节压力各向异性和一个在这种调节是不完善的。我阐明了这些动力学不稳定性的等离子体粘度的作用，并确定如何的字段和流量的自我组织，让发电机在面对平行的粘性应力。在有效的压力各向异性调节的情况下，等离子体发电机非常类似于其更传统的Pm ~ 1 MHD对应物。当调节不完善时，发电机表现出与磁流体发电机饱和状态下的特征显着相似的特征。一套新的微观物理封闭流体模拟，桥梁这两个制度的构建，表现出爆炸性的磁场增长所造成的场强依赖性粘度。发电机在无碰撞和弱碰撞等离子体，然后密切比较彼此，揭示了实质性的差异，如何子平行粘性运动的行为。前者（无碰撞）的情况下，经历了一系列的拉伸运动，以子拉莫尔尺度，导致越来越快的发电机作为磁雷诺数增加。
2019-12-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Simulations of Gamma-ray emission from magnetized micro-quasar jets
在这项工作中，我们模拟$γ$ -射线中的强子喷流的紧凑的物体在双星系统称为微类星体。我们利用作为主要的计算工具的$3$ -D相对论磁流体动力学程序PLUTO结合在内部派生的代码。我们的模拟实验是指SS 433 X射线双星，恒星系统中的强子喷流已被观察到。我们研究了两个新的模型配置，采用强子为基础的发射机制。模拟的目的是探索依赖的$γ$ -射线发射的动力学，以及射流的辐射特性（流体动力学参数的质量流密度，气体压力，喷射物质的温度，高能量质子人口内的射流等离子体，等）。的两个新的方案的初始条件的微类星体系统的研究结果进行了比较，以前考虑的方案。
2018-08-01 astro-ph.HE
The structure of weakly-magnetized $ γ$-ray burst jets
伽马射线暴（GRB）喷流与密集介质的相互作用促进了沿喷流边界的局部流体动力学不稳定性的增长。在配套文件中，我们研究了流体动力学（未磁化）射流的演变，发现射流茧材料的混合会产生一个界面层，称为射流茧界面（JCI），它包含了系统能量的一个重要部分。我们发现，角结构的射流+ JCI，当他们达到同源相，可以近似为一个扁平的核心（射流）+幂律函数（JCI）的指数，取决于混合的程度。在本文中，我们研究了次优势的环形磁场对射流的演变和形态的影响。我们发现弱场可以稳定喷流以对抗局部不稳定性。混合的抑制减小了JCI，从而重塑了射流的爆发后结构。尽管如此，外流的整体形状仍然可以近似为一个扁平的核心+幂律函数，虽然JCI幂律衰减更陡峭。在长的伽玛暴射流中，弱场的影响更为突出，在那里，流体动力射流中的混合更强。在短的伽玛暴喷流中，弱磁化喷流和非磁化喷流都存在小的混合。这一结果影响了预期的射流发射，这是由射流的形态。因此，长伽玛暴的瞬发和余辉观测可以作为对喷注底部磁性的探测。
2020-08-19 astro-ph.HE
Rarefaction acceleration in magnetized gamma-ray burst jets
与长/软伽马射线暴相关的相对论喷流形成并最初在祖星内部传播。由于在穿过恒星表面后，它们会失去外部压力的支持，这些流动可以被模拟为绕着一个拐角移动。形成一个强的稳态稀疏波，侧向膨胀伴随着稀疏加速。我们调查的效率和一般特点，这种机制，通过整合的稳态，特殊的相对论，磁流体动力学方程，使用一组特殊的部分精确解在平面几何形状（r自相似的“角落”）。我们还推导出解析近似标度的超相对论冷/磁化，和流体动力学的限制。该机制在磁化流中比在纯流体动力流中更有效。它大大增加了洛伦兹因子，而对喷流的开口没有太大影响;它们的乘积的结果值可以比1大得多，允许余辉光曲线中可能的中断。这些发现是相似的轴对称射流的数值模拟由Komissarov等人和Tchekhovskoy等人，虽然在我们的方法中，我们描述的稀疏作为一个稳态的简单波和自洽计算的开放的射流，对应于零外部压力。
2014-07-18 astro-ph.HE
Numerical Simulations of Magnetized Astrophysical Jets and Comparison with Laboratory Laser Experiments
本文给出了磁流体力学数值模拟磁化射流形成和发展的结果。讨论了用于比较天体物理喷流的实验室激光实验和数值模拟结果的相似准则。介绍了Neodim激光装置实验中产生的射流的实验室模拟结果。
2019-03-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Linear stability analysis of magnetized relativistic jets: the nonrotating case
我们进行了线性分析的稳定性磁化相对论非旋转圆柱流在零热压力的近似下，只考虑m = 1模式。我们发现有两种模式的不稳定性：Kelvin-Helmholtz和电流驱动。Kelvin-Helmholtz模式被发现在低磁化强度和它的增长率依赖于很弱的间距参数。电流驱动模式被发现在高的磁化强度和增长率的值和波数的最大值增加，因为我们减少的间距参数。在相对论区域中，电流驱动模式分裂成两个分支，高波数处的分支的特征在于本征函数集中在射流核心中，而低波数处的分支的特征在于本征函数延伸到射流速度剪切区域之外。
2013-07-24 astro-ph.HE
Intermittent mildly magnetized jets as the source of GRBs
伽马射线暴（GRB）是由相对论喷流提供动力的，这些喷流在很宽的时间尺度上表现出不稳定性--从$ \sim $毫秒到秒。以前的数值研究表明，流体动力学（即，从可变发动机排出的（未磁化的）射流经受射流和茧状物质的强烈混合，这强烈抑制了GRB发射。在本文中，我们进行了3D RMHD模拟的轻度磁化射流的持续时间为0.1秒和1秒的功率调制，并在注入稳定的磁场。我们发现，当在发射场的射流磁化是$σ\sim 0.1$，初始磁化被放大的冲击流中形成的点，它强烈抑制重子加载。我们估计，一个显着的污染可以避免，如果在注射的磁能构成至少百分之几的射流能量。喷流从恒星中爆发出来后的变化时间尺度是由喷射周期而不是混合过程决定的，这表明在实践中，喷流喷射应该在短至$ \sim 10 $ ms的时间尺度上波动，以解释观察到的光变曲线。更好的稳定性被发现与较短的调制射流。我们的结论是，对于足够热的喷流，光球附近的洛伦兹因子可以足够高，以允许有效的光球发射。我们的研究结果表明，喷流与$ 10^{-2} < σ< 1 $注入的可变发动机与$ \sim 10 $ ms占空比是合理的长GRB的来源。
2021-04-14 astro-ph.HE
Reconfinement of highly magnetized jets: Implications for HST-1 in M87
在活动星系核喷流中偶尔会观察到静止的特征。一个值得注意的例子是M87中的HST-1结。这些特征通常被解释为流体动力射流中的再约束激波或坡印亭射流中的聚焦喷嘴。本文计算了外压作用下高度磁化射流的结构和洛伦兹因子。我们发现发展的强烈振荡过渡后，从陡峭的平坦的压力分布介质。推导了这些振荡的节点位置的解析公式。我们将该模型应用于M87喷气机，并表明，如果喷气机保持磁占主导地位的次千秒差距尺度，然后集中预计。如果喷流光度满足$L_j\simeq10^{43}$ erg/s，那么HST-1结的位置可以与最近测量的邦迪半径周围的压力分布相一致。然而，我们发现，在准直中断磁优势意味着超过$10^2$，非典型的FRI源的洛伦兹因子。如果渐近洛伦兹因子的值要小得多，那么在黑洞附近就需要大量的载荷。在这种情况下，HST-1可以与流体动力流的准直喷嘴相关联。
2016-09-05 astro-ph.HE
Linear and nonlinear evolution of current-carrying highly magnetized jets
通过高分辨率的三维数值模拟，研究了周期性结构中载流射流的线性和非线性演化。所考虑的射流被强烈磁化，具有可变的螺距轮廓，并且最初在无力磁场的作用下处于平衡状态。电流驱动（CDI）和开尔文-亥姆霍兹（KHI）不稳定性的增长是量化使用三个选定的情况下，对应于静态，Alfvenic和超Alfvenic射流。在早期阶段，我们观察到大规模的螺旋变形的射流对应的初始激发的CDI模式的增长。我们的模拟结果和线性理论得到的分析增长率之间的直接比较显示出良好的协议的条件下，采用高分辨率和精确的离散算法。初始线性阶段后，射流结构显着改变，而缓慢移动的射流显示出越来越多的螺旋变形，更大的速度剪切剧烈破坏的几个阿尔芬交叉时间留下的湍流结构。总的来说，动能和磁能迅速消散为热量，在饱和状态下，射流动量在较大的表面积上重新分布，大部分射流质量以较小的速度行进。这个过程的有效性是由发生在射流/环境界面处的KHI不稳定性的开始来调节的，并且可以对剧烈的射流制动和夹带负责。
2014-07-08 astro-ph.HE
Neutrino emission from magnetized micro-quasar jets
用相对论流体动力学程序PLUTO模拟了微类星体系统中的强子喷流。我们专注于中微子发射的强子喷流内的热的快速质子（非热）碰撞产生的这样的喷流。我们采用半解析近似的描述产生的二次粒子从p-p碰撞和开发适当的算法使用上述注入质子作为输入。作为一个具体的例子，我们考虑的SS-433 X射线双星系统，在过去的几十年中已经进行了几次观测。在我们以前的工作中，我们采用了沿射流的快质子的预先设定的分布相反，在本论文中，我们模拟它通过使用幂律的快质子分布沿PLUTO流体代码。在急流前进通过计算网格的过程中，这种分布逐渐将周围的风扫到一边。作为第一步，在本工作中的中微子能谱提取模型喷流，促进了一系列潜在的动力学模拟在目前有趣的微类星体喷流系统。
2017-06-09 astro-ph.HE
Linear stability analysis of magnetized relativistic rotating jets
在零热压力近似下，对磁化相对论旋转圆柱射流进行了线性稳定性分析。我们确定了几种模式的不稳定射流：开尔文-亥姆霍兹，电流驱动和两种离心浮力模式-环形和极向。Kelvin-Helmholtz模在低磁化强度下出现，其增长率对背景磁场的螺距参数和旋转的依赖性很弱。在高磁化强度下，发现电流驱动模式，随着背景磁场的节距参数的减小，电流驱动模式的增长率和最大增长对应的波数增大。该模式通过旋转而稳定，特别是在高磁化下。由于旋转而产生的离心浮力模式在磁化强度增加时也趋于更稳定。总体而言，相对于非相对论性射流，相对论性喷流似乎更稳定。
2019-02-27 astro-ph.HE
Linear stability analysis of magnetized jets: the rotating case
本文在零热压力近似下对磁化旋转圆柱射流进行了线性稳定性分析。我们重点分析了旋转对电流驱动模式的影响以及旋转引入的不稳定模式。我们发现，旋转有一个稳定的影响，对电流驱动模式的旋转速度的顺序的阿尔文速度。旋转也引入了一个新的不稳定的离心浮力模式和“冷”磁旋转不稳定性。第一种模式类似于Parker不稳定性，离心力起着有效重力的作用。磁旋转不稳定性可以存在，但仅在参数空间的非常有限的区域中，并且从不占主导地位。电流驱动模式的特点是由大wavelenghts和主导在小值的旋转速度，而浮力模式成为主导旋转增加，其特征在于由小wavelenghts。
2016-07-06 astro-ph.HE
Laboratory measurements of energy partitioning and anomalous electron heating in magnetized, perpendicular collisionless shocks
Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Kasetsart University（泰国农业大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究通过实验室实验观测超临界磁化非碰撞性激波的能量分配，发现下游电子和离子温度显著高于绝热和碰撞加热，揭示了非碰撞性异常电子加热现象。
2026-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The internal structure of overpressured, magnetized, relativistic jets
这项工作提出了第一个表征的内部结构的超压稳定的超快磁声相对论射流与其主导类型的能量。为此目的，相对论磁流体动力学模拟不同的射流模型通过螺旋磁场进行了分析，覆盖了磁声马赫数特定的内能平面的广泛区域。这个平面的优点是，模型占主导地位的不同类型的能量（内能：热喷流;静止质量的能量：动力学为主的喷流;磁能：坡印廷通量为主的喷流）占据分离的区域。所分析的模型也涵盖了广泛的磁化。由内能主导的模型（即，热模型，或坡印廷通量占主导地位的喷流，其磁化强度大于但接近于1），具有丰富的内部结构，其特征在于一系列准静态激波，并呈现出流动洛伦兹因子（和内能密度）的最大变化。相反，在动力学主导的模型中，没有太多的内能或磁能被转换为动能，并且喷流没有特征，流动洛伦兹因子变化很小。穿过射流的显著环形磁场的存在在内能密度的横向分布中产生大的梯度。具有高磁化强度（>10）的坡印廷通量主导模型在磁箍缩模式下容易不稳定，这限制了秒差距尺度活动星系核喷流的预期磁化强度{和/或限制了它们的磁场配置}。
2016-09-12 astro-ph.HE
On the deceleration of Fanaroff-Riley Class I jets: mass loading of magnetized jets by stellar winds
在本文中，我们提出了稳态RMHD模拟，其中包括一个质量负载项研究射流减速的过程。质量负荷模仿注入质子电子等离子体从恒星风在宿主星系内到最初的对等离子体射流，平均恒星质量损失范围从$10^{-14}$到$10^{-9}\,{M_\odot\,yr^{-1}}$。空间射流演化覆盖了距射流喷嘴10~pc处网格中射流注入的$\sim 500\,{\rm pc}$。我们的模拟使用相对论气体状态方程和周围介质的压力分布。我们比较这些模拟与以前的相对论，非磁化射流的动力学模拟。我们的研究结果表明，环形磁场可以防止快速喷流膨胀和随后的嵌入进一步的恒星通过磁张力。在这个意义上，磁场避免了失控的减速过程。此外，当质量载荷足够大以增加射流密度并产生快速的、有差异的射流膨胀时，磁能通量转化为动能通量（即，磁加速）有助于相对于非磁化射流延迟减速过程。我们的结论是椭圆星系中典型的恒星星族不能解释经典FRI射电星系中的喷流减速。然而，我们观察到一个显着的变化，射流成分，气动参数和能量耗散沿其演变，即使是中等值的质量负荷。
2020-10-20 astro-ph.HE
Internal instabilities in magnetized jets
我们进行了广泛的线性稳定性分析的磁化圆柱射流在全球范围内。在通常援引的无力限制，我们专注于小规模的，内部的不稳定性触发的射流占主导地位的环形磁场，具有弱的垂直场和有限的热压力梯度的区域。这些区域很可能发生在远离喷流源和边界的地方，是磁能量耗散的潜在场所，这对于解释天体物理喷流中观察到的粒子加速和辐射至关重要。我们验证了Begelman的局部稳定性分析，通过验证最不稳定的模式的本征函数是径向本地化。这一发现使我们能够提出一个通用的稳定性标准中存在的弱垂直场。由于不稳定的热压力梯度和稳定的磁压力梯度之间的竞争，具有径向梯度的更强的垂直场使稳定性判据复杂化。尽管如此，我们认为，射流内部一般应受到快速增长，小规模的不稳定性，能够产生电流片，导致耗散。我们确定了一些新的不稳定性，而不是预测的本地分析，这是敏感的背景径向配置文件，但有较小的增长率比本地的不稳定性，并讨论我们的工作的相关性，最近的数值射流模拟的结果。
2018-10-03 astro-ph.HE
Kinetic Simulations of Strongly-Magnetized Parallel Shocks: Deviations from MHD Jump Conditions
激波是天体物理等离子体系统中普遍存在的一种现象，也是能量耗散和传递的重要过程。这些冲击波的物理经常被视为/模拟为碰撞，流体MHD不连续性，尽管事实上，许多冲击发生在无碰撞制度。有鉴于此，使用完全动力学，非相对论，平行传播的电子-正电子等离子体组成的无碰撞冲击的三维模拟，我们详细的偏差无碰撞冲击形式MHD预测不同的磁化/Alfvénic马赫数，特别关注系统的Alfénic马赫数远小于声波马赫数。我们表明，冲击压缩比降低足够大的上游磁场，与Bret & Narayan（2018）的预测一致。此外，我们还研究了磁场强度对冲击波阵面宽度的影响。这项工作加强了越来越多的工作，这些工作表明，仅用流体等离子体描述来建模许多天体物理系统忽略了潜在的重要物理。
2021-10-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Simulations of Instabilities and Particle Acceleration in Cylindrical Magnetized Relativistic Jets
相对论磁化喷流，如来自AGN，GRB和XRB的喷流，容易受到电流和压力驱动的MHD不稳定性的影响，这些不稳定性会导致粒子加速和非热辐射。在这里，我们调查这些不稳定性的发展，通过三维动力学模拟的圆柱对称平衡，涉及环形磁场与电子-正电子对等离子体。推广Alves等人（2018）和Davelaar等人（2020）的最新治疗，我们考虑了一系列初始结构，其中环形磁场引起的力通过轴向磁场和气体压力引起的力的组合来平衡。我们认为，Alves等人（2018）确定的粒子能量极限是由于快速磁耗散阶段的有限持续时间。我们发现平行于局部磁场的电场在粒子加速中的作用相当小。在所有调查的情况下，扭结模式出现在中央核心区域的增长时间尺度与线性MHD模型的预测一致。在气体压力平衡（Z箍缩）的情况下，我们确定了一个弱的本地箍缩模式以及射流核心之外。我们认为，压力驱动模式是重要的相对论射流，在区域内，足够的气体压力是由其他耗散机制。
2022-05-06 astro-ph.HE
Laplace-Fourier linear stability analysis of non-relativistic magnetized rotational jets: mode identification by Hamiltonian analysis and the occurrence of mode transitions
本文对磁化旋转射流进行线性稳定性分析，通过Laplace-Fourier变换和Hamiltonian扰动识别KHI、KKI和MRI等不稳定模式，并发现随射流速度增加模式间会发生连续转变。
2025-09-12 astro-ph.HE
Efficient ion re-acceleration in laboratory-produced interpenetrating collisionless shocks
Sorbonne Université（索邦大学）；Observatoire de Paris, Université PSL（巴黎天文台，巴黎文理研究大学）；Technion（以色列理工学院）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（英国科学与技术设施委员会鲁瑟福阿普尔顿实验室）；University of Oxford（牛津大学）；IRSN（法国辐射防护与核安全研究院）
通过激光实验和数值模拟，研究相互贯穿无碰撞激波对已加速质子的再加速机制，发现可显著提升能量并改善加速效率。
2026-06-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Gamma-ray bursts from magnetized collisionally-heated jets
产生伽马射线暴（GRB）的喷流很可能携带相对于质子成分漂移的中子成分。中子-质子碰撞强烈加热喷流并产生电子-正电子对。我们调查这种加热产生的辐射使用一个新的数字代码。我们的结果证实了最近的说法，碰撞加热产生所观察到的带型谱的伽玛暴。我们将该模型扩展到研究磁场对发射光谱的影响。我们发现，频谱峰值保持在1兆电子伏附近的磁化参数$0<ε_B<2$，在我们的模拟探索的整个范围。随着$ε_B$的增加，光谱的低能量部分软化，并且在keV带中出现可见的软过量。光谱的高能量部分远高于GeV范围，并有助于费米/LAT观察到的即时发射。总的来说，碰撞机制产生的辐射光谱似乎与观测结果一致，没有对参数进行微调。
2011-06-26 astro-ph.HE
Total and linearly polarized synchrotron emission from overpressured magnetized relativistic jets
我们提出了相对论磁流体动力学（RMHD）模拟的静态超压磁化相对论射流的特点是其主导类型的能量，即内部，动能，或磁性。每个模型都由螺旋磁场穿过，螺旋角为$45^\circ$，并具有由初始压力不匹配产生的一系列准静态冲击，其强度和数量随主要能量类型而变化。我们通过积分同步辐射的辐射转移方程，以RMHD解作为输入，对这些模型的偏振特征进行了研究。这些模拟显示了一个自上而下的发射不对称性所产生的螺旋磁场和一个渐进的约束的发射到一个喷气脊柱的磁化强度增加和内能的非热人口被认为是一个恒定的分数的热。明亮的静止成分与再校准冲击出现呈现出相对强度调制的多普勒增压比之间的冲击前和冲击后的状态。由于磁场的螺旋结构，小视角显示出偏振角的大致双峰分布，这也是跨射流宽度的高度分层的线性偏振的原因。此外，观测到定常分量偏振角的$26^\circ$量级的微小变化，这可用于识别天体物理喷流中的准平激波。
2018-04-05 astro-ph.HE
The Kelvin-Helmholtz instability at the boundary of relativistic magnetized jets
本文通过线性稳定性分析研究相对论性磁化喷流边界的开尔文-亥姆霍兹不稳定性，推导出色散关系解析解，并揭示波矢与磁场夹角决定喷流在亚阿尔芬或超阿尔芬条件下的不稳定性判据。
2023-06-16 astro-ph.HE
Resolving Doppler-factor crisis in AGNs: non-steady magnetized outflows
磁驱动喷流的非定常加速导致流的前部被加速到比相同参数的定常加速情况高得多的洛伦兹因子。较高的多普勒增强部分的流动可能占主导地位的blazar喷流的高能量发射。我们认为，在耀变体的GeV和TeV的排放产生的快速移动的前沿高度磁化的非静止喷射斑点，而无线电数据跟踪缓慢移动的整体流量。模型预测与最新的费米伽马射线和MOJAVE射电VLBI结果相比毫不逊色。
2010-04-14 astro-ph.HE
The propagation of long GRB jets through and beyond its progenitor star
Center for Theoretical Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论物理中心）
本研究通过多尺度模拟探讨长持续时间伽马射线暴前身恒星中喷流的传播，分析不同磁化程度恒星对喷流观测的影响。
2025-12-31 astro-ph.HE
The Maximum Energy of Accelerated Particles in Relativistic Collisionless Shocks
伽马射线暴（GRB）的余辉辐射通常被解释为电子在GRB外激波处加速产生的同步辐射，以相对论速度传播到磁化的星际介质中。通过多维粒子模拟，我们研究了弱磁化相对论激波在磁化强度0<sigma<1 e-1范围内的加速性能。预冲击磁场是正交的流动，一般预期的相对论冲击。我们发现，当磁化强度σ <1 e-3时，在正负电子等离子体中传播的相对论垂直激波是有效的粒子加速器。对于电子-离子等离子体，对于σ <3e-5，发生向有效加速的转变。在这里，两种物质的加速过程类似，因为电子进入冲击几乎与离子均分，作为在自生上游湍流中的强预热的结果。在电子-正电子和电子-离子冲击中，我们发现被加速粒子的最大能量随时间的变化是t^（1/2）。这种标度比所谓的（和通常假定的）玻姆极限要浅，它自然是由激波层中产生的韦伯湍流的小尺度性质引起的。在磁化的等离子体中，加速粒子的能量增加，直到达到饱和值，该饱和值与磁化强度成比例，为σ ^（-1/4）。由于自生湍流被限制在激波周围一个厚度与σ ^（-1/2）成正比的有限区域内，因此防止了进一步的湍流。我们的研究结果可以提供物理接地输入模型的非热辐射从各种天体物理来源，特别是相关的伽玛暴余辉。
2013-01-22 astro-ph.HE
Effects of Ambient Medium Profiles on the Evolution of Relativistic Magnetized Jets
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao-Tong University（同济大学李政道研究所）；School of Physics & Astronomy, Shanghai Jiao-Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Key Laboratory for Particle Physics, Astrophysics and Cosmology (MOE), Shanghai Key Laboratory for Particle Physics and Cosmology, Shanghai Jiao-Tong University（上海交通大学粒子物理、天体物理与宇宙学教育部重点实验室）
通过二维和三维相对论磁流体动力学模拟，探究分层环境介质中相对论磁化喷流的演化，推导扭结稳定性判据，计算多波段发射图，发现不同环境压力下喷流形态及辐射特征的差异。
2026-08-24 astro-ph.HE
Polarized quasi-periodic oscillations reveal kink instability in magnetized jets of black holes
Department of Astronomy, School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院天文学系）
研究通过极化准周期振荡揭示黑洞喷流中磁化喷流的弯折不稳定性，解释了流量与极化度的反相关性，为理解喷流中的磁场结构和粒子加速提供理论依据。
2026-03-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Sub-photospheric shocks in relativistic explosions
本文研究了不透明相对论外流中的内激波机制，特别是宇宙学伽马射线暴。冲击波产生中微子辐射，并影响观测到的爆炸光球辐射。它们从内部压缩波发展而来，并且可以根据流出物的组成而具有不同的类型：（1）具有可忽略的等离子体惯性的“光子气体”中的激波具有由无力条件确定的独特结构--等离子体静止框架中的零辐射通量。辐射在等离子体惯性上的优势抑制了集体电磁场介导的无碰撞激波的形成。(2)如果外流被充分磁化，就会形成一个强的无碰撞的次激波，它嵌入在一个较厚的辐射介导结构中。(3)具有自由中子成分的流出物中的波通过核碰撞导致耗散。在大的光学深度，冲击的厚度相当于中子自由程，嵌入辐射介导的和无碰撞的子冲击。本文还介绍了充满光子的磁化流的第一性原理模拟，展示了冲击的形成及其结构。简单的估计表明，磁化的光球下的冲击是有效的生产者的光子，并对观测到的光球辐射有很大的影响。激波结构随着外流向光球层扩展而改变。耗散伴随着强烈的$e^\pm$对的产生，$e^\pm$修饰的激波携带着光球，半径达20年，发射出强烈的非热辐射脉冲。
2017-01-17 astro-ph.HE
Numerical Investigation of Instabilities in Over-pressured Magnetized Relativistic Jets
本研究通过三维相对论性磁流体动力学模拟，探究带螺旋磁场的超压相对论喷流不稳定性，发现磁螺距减小会削弱瑞利-泰勒不稳定性但激发CD扭结不稳定性，可定性解释BL Lac的准周期振荡。
2024-11-26 astro-ph.HE
Current-driven filamentation upstream of magnetized relativistic collisionless shocks
相对论性无碰撞激波的不稳定性物理在高能天体物理学中具有广泛的重要性，因为这些不稳定性建立了激波，控制了粒子加速过程，并产生了加速粒子辐射的磁场。两个关键参数控制着这些冲击的微观物理：环境介质的磁化和冲击波阵面的洛伦兹因子;到目前为止，这些参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报告了一种新的不稳定性上游的电子-正电子相对论冲击，我们认为，这种不稳定性形状的微观物理在中等磁化水平和/或大洛伦兹因子。这种不稳定性是由激波前兆中的加速粒子在背景磁场周围旋转时携带的电流引起的。在背景等离子体中感应的补偿电流导致不稳定的配置，带有电荷中性丝的外观携带相同极性的电流，沿着垂直电流取向。这种“电流驱动的细丝”不稳定性的增长速度比迄今为止研究的相对论冲击上游的任何其他不稳定性都要快，其增长率与等离子体频率相当。此外，电流的补偿与环境等离子体在其穿透冲击前兆时的减速相关联（如在冲击静止帧中所观察到的）。等离子体的这种减速意味着，只要磁化强度σ<~ 10^{-2}，"电流驱动的丝状体“不稳定性可以随着冲击洛伦兹因子的任何值而增长。我们认为，这种不稳定性解释了最近的粒子在细胞模拟的结果在轻度磁化制度。
2014-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
The upstream magnetic field of collisionless GRB shocks: constraint by Fermi-LAT observations
长寿命的>100 MeV辐射是大多数费米-LAT探测到的伽马射线暴（GRB）的共同特征，例如，在长伽玛射线暴080916 C和090902 B中检测到的时间长达~10^3s，在短伽玛射线暴090510中检测到的时间为~10^2s。这种发射是一致的产生的同步辐射的电子加速到高能量的相对论无碰撞冲击传播到弱磁化介质。在这里，我们表明，这种高能量余辉发射约束的震前磁场满足1（n/1cc）^{9/8} mG<B<10^2（n/1cc）^{3/8}mG，其中n是震前密度，比以前的约束更严格的X射线余辉观测在一天的尺度。这表明震前磁场被强烈放大，很可能是由高能冲击加速粒子流造成的。
2011-04-28 astro-ph.HE
$\mathtt{Entity}$ -- Hardware-agnostic Particle-in-Cell Code for Plasma Astrophysics. II: General Relativistic Module
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
Nonrelativistic collisionless shocks in weakly magnetized electron--ion plasmas: two-dimensional particle-in-cell simulation of perpendicular shock
本文采用二维粒子模拟方法研究了磁化参数为6 x 10^-5的弱磁化垂直激波，该参数相当于约130的高Alfvén马赫数M_A。它表明，电流丝形成在脚区的冲击，由于离子束-韦伯不稳定性（或离子扩散不稳定性），并产生一个强大的磁场。在下游区域中，这些电流丝还产生通常比上游磁场强15倍的缠结磁场。下游区电子和离子的热能不均分，温度比T_e / T_i ~ 0.3 - 0.4。在我们的模拟中没有观察到有效的电子加速，尽管一小部分离子在冲击反射时略有加速。模拟结果与Rankine-Hugoniot关系吻合得很好。它还表明，电子和离子被加热的底部区域的布尼曼不稳定性（电子）和离子声不稳定性（电子和离子）。然而，由于反射离子的相对高的温度，布尼曼不稳定性的增长率显著降低。出于同样的原因，离子-离子流不稳定性不会在足部区域增长。
2010-08-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
