Self-Organized Criticality in Solar Physics and Astrophysics
“自组织临界性“(SOC)的概念是由Bak,Tang,and Wiesenfeld(1987)提出的,用来描述具有临界坡度的沙堆表面雪崩的统计特性,它产生一个无标度幂律的雪崩尺寸分布。与此同时,SOC行为已被确定在许多非线性耗散系统,驱动到一个临界状态。在最一般的水平上,SOC是相干非线性过程的统计,与非相干随机过程的泊松统计相反。SOC的概念已应用于实验室实验(指米堆或沙堆),与人类活动有关(人口增长、语言、经济、交通堵塞、战争),到生物物理学,(地震、山崩、森林火灾)、磁层物理学、太阳物理学(耀斑)、恒星物理学(耀斑、激变变星、吸积盘、黑洞、脉冲星故障、伽马射线暴),以及银河系物理学和宇宙学。
2010-02-27 astro-ph.SR
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
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
Astrophysics of "extreme" solar-like stars
在太阳附近,只有少数红矮星发生过被称为超级耀斑的特殊事件。它们已经被高能卫星(即Swift)探测到,并已被证明是强大的事件(无论是强度还是能量),对任何外星生命都有潜在的危险。这些事件的物理现象可以理解为太阳上最强大的太阳耀斑中已经发生的(弱得多的)活动的外推。然而,起源(为什么?)这些超级耀斑的发生是目前未知的。最近的一项研究介绍了2014年红矮星DG CVn超级耀斑发射的光学和X射线长期演化。在这篇论文中,我们评论的背景下,这些意见和属性,可以通过分析得出。
2015-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
Axion Searches with Helioscopes and astrophysical signatures for axion(-like) particles
第一部分回顾了轴子太阳镜的工作机制、性能和性能,包括迄今为止所取得的成果。第二部分是观察驱动。用Geant 4代码获得的新模拟结果重建了太阳X射线光谱的光谱形状,以及它们的各向同性发射和横向尺寸。导出的类轴子粒子的初始质量约为10meV。轴子与磁场梯度的相互作用是一个通用的理论建议,可以调和目前的限制与相关的太阳X射线活动。本文对实验上的太阳轴子场的扩展作了简要的展望。
2009-05-27 astro-ph.SR
Solar Models and Astrophysical S-factors Constrained by Helioseismic Results and Updated Neutrino Fluxes
本研究利用日震学数据和更新中微子通量约束太阳模型,发现Magg丰度标度模型最优,并诊断出S因子偏差,可显著改善太阳模型。
2024-07-16 astro-ph.SR hep-ex nucl-th
The Solar Enigma Decoding the Mystery of the Hot Corona and Solar Wind Acceleration
本文提出磁重联通过对回旋带电粒子磁矩施矩传递磁能,解释日冕百万度加热及超音速太阳风加速。
2025-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
25 Years of Self-Organized Criticality: Solar and Astrophysics
在Bak、Tang和Wiesenfeld(1987)的开创性论文{ \sl“自组织临界性:1/f噪声的解释”}发表后不久,这个想法就被应用到太阳物理学中,见Lu和Hamilton(1991)的{ \sl“雪崩和太阳耀斑的分布“}。在接下来的几年里,从复杂性理论到太阳和天体物理学发生了令人鼓舞的交叉施肥,SOC概念最初应用于太阳耀斑,恒星耀斑和磁层亚暴,后来扩展到辐射带,日光层,月球陨石坑,小行星带,土星环,脉冲星故障,软X射线中继器,耀变体,黑洞物体,宇宙射线,和玻色子云SOC概念的应用已经通过数值元胞自动机模拟、基于物理标度律的统计(幂律)分布的分析计算以及理论预测的尺寸分布和等待时间分布的观测测试来进行。已经尝试将物理模型导入数值SOC玩具模型,例如磁流体动力学(MHD)过程的离散化。这些新的应用也激发了关于SOC模型、类SOC和非SOC过程之间区别的激烈辩论,如相变、湍流、随机游走扩散、渗流、分支过程、网络理论、混沌理论、分形、多尺度和其他复杂现象。我们回顾SOC研究从过去的25年,并强调新的趋势,开放的问题,和未来的挑战,在最近的两个ISSI研讨会上讨论这一主题。
2014-03-25 astro-ph.IM astro-ph.SR
Neutrino Astrophysics
我们总结了中微子天体物理学的进展,并强调我们在介质中的中微子味转换的理解开放的问题。我们讨论了太阳中微子,核心坍缩超新星中微子和超高能中微子的结论。
2016-09-21 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Three Puzzles from Nuclear Astrophysics
我讨论了天体物理学中三个核物理学可以做出重要贡献的开放性问题:太阳丰度问题、暗物质粒子探测和r过程元素的起源。
2012-10-04 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Solar axions cannot explain the XENON1T excess
我们认为,在太阳轴子的解释,最近的XENON1T过剩是站不住脚的天体物理观测的恒星演化。我们讨论了为什么太阳轴子流的发射强度足以解释异常数据会从根本上改变某些类型的恒星在色星等图中的分布的原因,也会与一定数量的其他天体物理观测相冲突。从数量上看,差异的显著性范围从脉冲白矮星周期变化率的$3.3σ$到$R$参数和$M_{I,{\rm TRGB}}$的$19σ$。
2020-07-30 astro-ph.GA astro-ph.SR hep-ex
Neutrino Astrophysics
中微子天体物理学的回顾,包括太阳和大气中微子;中微子质量和振荡;超新星机制,超新星中微子的生产,和相关的核合成;宇宙学中微子和大爆炸核合成;中微子冷却和中微子性质的相关限制;和高能天体物理中微子。
2012-09-17 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
A Basic Introduction to the Physics of Solar Neutrinos
本文对太阳中微子问题的理论作了全面的介绍,其目的是为那些不是量子场论专家,但又想把这些思想融入到天体物理学或量子力学等课程的高年级本科生或研究生的教学中的教师提供指导,也为那些想自学这一课题的好奇的学生提供指导。介绍假设作为理论准备,只有读者熟悉的基础量子力学在狄拉克符号和初等微分方程和矩阵。
2018-11-30 astro-ph.SR hep-ph
Neutrino astrophysics : recent advances and open issues
我们强调了中微子天体物理学的最新进展,公开的问题和与中微子性质的相互作用。我们强调的重要进展,我们在介质中的中微子味转换的理解。本文讨论了太阳中微子、核塌缩超新星中微子和SN 1987A中微子以及最近发现的起源尚待确定的超高能中微子的情况。
2015-03-04 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
The lunar surface as a recorder of astrophysical processes
月球表面暴露在太空环境中已有数十亿年,在此期间积累了大量天体物理现象的记录。其中包括太阳风粒子和太阳粒子事件的宇宙成因产物,它们保存了太阳过去演化的记录,以及高能银河宇宙射线产生的宇宙成因核素,它们可能记录了太阳系的银河环境。月球表面也可能有来自本地星际介质的吸积物质,包括超新星喷出物和来自太阳系过去遇到的星际云的物质。由于月球的地质活动水平相对较低,没有大气层,而且在其历史的大部分时间里,缺乏磁场,月球表面非常适合收集这些天文记录。此外,月球的地质过程能够掩埋并保存这些记录,尽管获得这些记录可能需要月球表面的重要科学基础设施。
2020-11-25 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Fractal multi-scale nature of solar/stellar magnetic field
在过去的几十年里,某些复杂物体的分形组织的抽象数学概念在天体物理学中受到了极大的关注。这一概念逐渐发展成为一个广泛的领域,包括多重分形和非线性、渗流理论、自组织临界性、灾变理论等。这种强大的数学和物理方法为探索天体物理的各个方面提供了新的可能性。特别是,在太阳和恒星的磁性,磁化等离子体的多重分形属性变成有用的理解爆发式的能量释放事件的动力学,湍流发电机行动的条件,湍流磁扩散率的性质,甚至太阳发电机的双重性质。在这篇综述中,我将简要地概述如何使用多重分形的思想来探索太阳磁性的上述方面。
2013-05-22 astro-ph.SR
Constraining the $^7$Be($p,γ$)$^8$B $S$-factor with the new precise $^7$Be solar neutrino flux from Borexino
在太阳核聚变反应中,$^7$ Be($p,γ$)$^8$ B反应的速率是最难确定的速率之一。在以前的一些实验中,它的天体物理$S$ -因子已被测量为$E$ = 0.1-2.5 MeV的质心能量。然而,没有实验数据低于0.1兆电子伏。因此,外推到太阳能是必要的,导致外推的$S$ -因子的显著不确定性。另一方面,测量的太阳中微子通量现在非常精确。因此,$S$因子的确定问题在这里被扭转:利用测量的$^7$ Be和$^8$ B中微子通量和标准太阳模型,在太阳伽莫夫峰处确定了$^7$ Be($p,γ$)$^8$ B天体物理$S$因子。此外,用类似的方法重新测定$^3$ He($α$,$γ$)$^7$ Be $S$ -因子。
2017-11-14 astro-ph.SR nucl-ex
On the feasibility of employing solar-like oscillators as detectors for the stochastic background of gravitational waves
我们提出了一个流体动力学模型,描述激发线性恒星振荡的随机背景的引力波(SBGW)的天体物理学和宇宙学的起源。我们发现,这种激励机制是能够产生太阳能g-模式振幅接近或相当于预期的值从激励湍流对流,这被认为是类太阳振荡的主要驱动力。提出了一种方法,直接上界SBGW的频率范围内,其中SBGW预计包含丰富的天体物理信息。采用太阳g-模式振幅的估计,所提出的方法被证明有可能与其他频率范围内的引力波实验达到的灵敏度竞争。
2014-01-27 astro-ph.SR gr-qc
Capitalizing on Nuclear Data Libraries' Comprehensiveness to Obtain Solar System r-process Abundances
激光干涉仪引力波天文台(LIGO)合作最近对中子星合并的观测,以及对不同波长的事件的电磁波谱随时间变化的测量,深刻地改变了我们对r-过程站点的理解,并大大激发了核天体物理学研究工作。r-过程丰度是r-过程模拟中的一个关键因素,因为成功的计算必须考虑到恒星灾变事件最终碎片中的这些丰度。在这篇文章中,人类的完整知识的中子截面在过去的80年来,封装在最新版本的评价核数据文件(ENDF/B)库,是用来获得太阳系r-过程丰度的综合数据的方法。ENDF/B截面在核动力和国防应用中已成功使用了几十年,现在用于以完全可追溯和记录的方式获得r-过程丰度。这篇文章的r-过程丰度提供了补充的见解天体物理事件,在天体物理温度区域的中子俘获数据的整体质量,并展示了s-过程贡献减法程序的问题。
2021-06-18 astro-ph.SR nucl-ex
Stellar population astrophysics (SPA) with the TNG. Revisiting the metallicity of Praesepe (M44)
疏散星团精确地跟踪着银河系盘的化学性质及其时间演化;大量的研究和大型光谱调查主要集中在相对较老的星团(年龄$\gtrsim$ 1 Gyr)的化学成分上。有趣的是,研究较少的年轻对应物在太阳周围被发现是太阳(最多),令人惊讶的是缺乏年轻的富含金属的物体。虽然毕宿星团的组成在太阳系之上的程度上有广泛的共识,但Praesepe的金属丰度仍然存在争议。最近的研究表明,这两个星团具有相同的化学成分和年龄,但这一结论是有争议的。为了重新评估Praesepe的金属丰度,以及它与毕宿星团的差异(如果有的话),本文对10个太阳型矮星成员进行了光谱研究。我们利用TNG的$GIARPS$获得高分辨率、高质量的光学和近红外光谱,并通过使用严格微分(逐线)方法导出恒星参数、金属丰度([Fe/H])、轻元素、$α$和铁峰元素。我们还以同样的方式分析了太阳光谱和毕宿二太阳模拟物HD 28099。我们的研究结果表明,Praesepe比Hyades更富金属,在$Δ$ [Fe/H]=+0.05 $\pm$ 0.01 dex的水平,[Fe/H]=+0.21 $\pm0.01$ dex。所有其他元素都与铁成比例,正如预期的那样。这一结果似乎否定了这两个疏散星团有共同起源的假设。最重要的是,Praesepe是目前太阳附近最富金属、最年轻的疏散星团。
2019-11-25 astro-ph.GA astro-ph.SR
A Hitch-hiker's Guide to Stochastic Differential Equations: Solution Methods for Energetic Particle Transport in Space Physics and Astrophysics
本文综述了随机微分方程在空间物理和天体物理中粒子输运问题中的应用。其目的是提出一个有用的工作指南的文献,并在同一时间通过“玩具模型”介绍的关键原则的可持续发展的方法。通过这些例子,我们希望为该领域的新手提供一种简单的方法,在他们自己的研究中使用这些方法。内容包括宇宙射线的太阳调制、扩散激波加速、银河宇宙射线传播和太阳高能粒子传输。我们相信,由于它的简单性和计算效率的现代计算机架构,在高能粒子的研究中,在未来几年内的显着相关性的方法。
2017-03-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Benchmarking atomic data for astrophysics: a first look at the soft X-ray lines
这里使用软X射线中最佳太阳光谱和实验室光谱的集合,通过比较观测到的波长与预测的波长和校准的太阳辐照度,在该波长区域进行初步基准测试。该基准集中在Fe IX-Fe XIV离子上,我们最近已经计算了相关的原子数据,但是也对一些其他离子进行了基准测试。铁离子在软X射线中占主导地位,然而,由于n=4 -> n=3的跃迁,大部分最强的软X射线线先前未被识别。最强的跃迁都在这里被确定,特别是从核心激发能级的衰变(对于Fe X,Fe XI,Fe XII,Fe XIII和Fe XIV分别为3s 3p^l 4s,l= 5,4,3,2,1),这是这些离子的最强软X射线跃迁。许多新的鉴定被提出,有些只是暂时的。在软X射线和EUV(n=3 -> n=3)跃迁之间的太阳辐照度方面发现了良好的一致性,证实了新的大规模计算的可靠性。一些新的原子数据和鉴定对太阳动力学观测台大气成像装置94 A波段特别重要。
2012-08-10 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.atom-ph
Placing the Solar System in its Astrophysical Context
本文通过分析Gaia、Kepler等大型巡天数据,发现太阳在质量、元素丰度、自转及行星系统结构等方面存在多项异常属性,为天体生物学研究提供了天体物理背景。
2025-07-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modeling Scattering Polarization for Probing Solar Magnetism
本文研究了由原子组成的天体物理等离子体中光偏振的建模问题,原子的激发态受入射辐射场各向异性的影响很大。特别是,它突出了如何辐射转移模拟安静的太阳大气的三维模型可以帮助我们探测它的热和磁结构,从近平衡光球高度非平衡的上色球层。本文最后预测了两个过渡区线散射过程产生的线性偏振信号的振幅和磁灵敏度,这将鼓励我们开发用于探空火箭和空间望远镜的紫外偏振仪,目的是开辟一个新的诊断窗口。
2011-05-02 astro-ph.SR physics.atom-ph
Can the solar atmosphere generate very high energy cosmic rays?
本文研究太阳大气能否产生甚高能宇宙射线,通过共振波-波相互作用加速耀斑电子,理论上可达到银河宇宙射线能量。
2025-02-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Space-Based Time-Domain Revolution in Astrophysics
Institute for Astronomy, University of Hawai‘i(夏威夷大学天体物理研究所);Sydney Institute for Astronomy (SIfA), School of Physics, University of Sydney(悉尼大学物理学院悉尼天体物理研究所)
基于空间的时域望远镜革新了恒星天文学、太阳系探索及暂现天体研究,揭示了恒星内部结构、太阳系组成及超大质量黑洞吸积过程。
2026-11-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Current State of Astrophysical Opacities: A White Paper
可靠的原子和分子不透明度表的可用性在各种各样的天文建模中是必不可少的:太阳和恒星内部,恒星和行星大气,恒星演化,脉动恒星和原行星盘,仅举几例。随着日震学和星震学、太阳中微子通量测量、系外行星勘测卫星、三维流体动力学大气模拟(包括非长期长期演进和颗粒效应)、原子和分子数据的高性能计算以及创新等离子体实验等强大研究技术的进步,不透明度表的准确性和完整性正被提高到前所未有的水平。第二期天体物理学不透明度讲习班的目标是召集原子和分子部门的不透明度数据生产者和消费者,以帮助解决悬而未决的问题,并开发更有效的综合接口。本文试图对研讨会的讨论进行总结,并提出未来不透明度研究的方向。
2018-04-18 astro-ph.SR
Ground-based measurements of solar diameter
太阳的直径是否会改变?无论答案是什么,用于测量的方法都越来越具有挑战性,并且面临着新的天体物理和光学问题,因为所需的空间分辨率具有天体测量质量。这里介绍了不同方法的快速概述,以及日食期间闪光光谱之后出现的太阳临边定义问题。
2011-06-13 astro-ph.IM astro-ph.SR