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
Neutrino helicity oscillations in astrophysical environments: A many-body approach
University of California San Diego（圣地亚哥加利福尼亚大学）；Institut de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（瓦伦西亚大学-CSIC粒子物理研究所）；Charles University in Prague（布拉格查理大学）；Silesian University in Opava（奥帕瓦西里西亚大学）；Reed College（里德学院）
采用多体方法研究中微子稠密环境中的自旋翻转，发现多体效应可使自旋翻转概率比平均场处理高出多个数量级，并指出该效应与多体动量交换相关。
2026-09-16 astro-ph.HE hep-ph
General-Relativistic Gauge-Invariant Magnetic Helicity Transport: Basic Formulation and Application to Neutron Star Mergers
本研究提出广义相对论等离子体中磁螺旋度输运的协变规范不变公式，并首次将其应用于双中子星并合分析，发现并合遗迹外层存在全局螺旋度通量，可能影响后续大尺度磁场放大。
2025-07-30 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Weibel-instability-mediated collisionless shocks in laboratory with ultraintense lasers
采用\emph{ab initio}多维粒子模拟方法，研究了实验室中强激光作用下非相对论性无碰撞激波的形成。微观物理背后的冲击形成和耗散，以及详细的冲击结构进行了分析，说明了韦伯不稳定性在产生强的次均质磁场，各向同性的传入流，并导致形成一个无碰撞的冲击，类似于发生在天体物理的情况下，起着至关重要的作用。在实验室中产生这种无碰撞冲击的可能性为直接研究与天体物理冲击有关的物理开辟了道路。
2012-04-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Astrophysical Rates for Explosive Nucleosynthesis: Stellar and Laboratory Rates for Exotic Nuclei
恒星的影响和反应机制与预测天体物理反应速率远离稳定性的选择概述。
2009-11-02 astro-ph.HE astro-ph.IM nucl-th
Mechanisms of astrophysical jet formation, and comparison with laboratory experiments
喷流可以在年轻的恒星、X射线源、活动星系核（AGN）中观测到。射流的形成机理可分为规则射流、长时间连续射流和爆炸射流。连续机制与电动力学和辐射压力加速、厚盘内喷嘴中的流体动力学加速、相对论粒子束加速有关。爆炸喷流的形成与超新星、伽马射线暴和星系核爆炸事件有关。射流准直的机制可能与磁约束或外部气体压力有关。在实验中模拟了在实验室中用强激光束和等离子体聚焦形成射流的爆炸过程。
2019-05-15 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
Laboratory disruption of scaled astrophysical outflows by a misaligned magnetic field
利用实验室实验研究了磁压作用下天体物理外流形成明亮、致密和准直喷流的过程。我们特别关注流出物与磁场之间的错位对射流准直的影响，因为流出物源于源。对于小的未对准，磁性喷嘴形成并重新定向准直射流中的流出物。对于日益增长的错位，这个喷嘴变得越来越不对称，扰乱射流形成。因此，我们的研究结果表明，外流/磁场不对准是一个合理的关键过程调节射流准直在各种对象从我们的太阳的外流河外射流。此外，他们提供了一个可能的解释所观察到的结构的天体物理喷流。射流调制可以被解释为流出/环境场角度随时间变化的特征，并且射流方向的变化可以是环境场方向变化的特征。
2020-12-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the interplay between astrophysical and laboratory probes of MeV-scale axion-like particles
类轴子粒子（axion-like particles，ALP）的研究通常集中在单一类型的相互作用上，例如仅与光子的耦合。然而，大多数ALP模型预测不同耦合之间的相关性，这在重要方面改变了现象学。例如，一个MeV尺度的ALP在高能量下与标准模型规范玻色子耦合，通常会与光子、$W^\pm$和$Z$玻色子以及低能的介子和核子相互作用。我们研究了这种情况的影响，并指出，天体物理的限制，特别是从SN 1987 A，可能会大大放宽，开辟新的参数空间区域，可以探索与实验室实验，如NA 62。
2020-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Simulations of Astrophysically Relevant Pair Beam Instabilities in a Laboratory Context
本研究通过PIC模拟，在实验室尺度下研究耀变体诱导的相对论性电子-正电子对束的不稳定性，发现静电模式主导，束损失约4%能量但角展宽可忽略。
2025-08-06 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration at laser driven shocks: studying cosmic-ray accelerators in the laboratory
负责许多天体物理系统的发射的非热粒子谱被认为是通过一阶费米过程（也称为扩散激波加速）来自激波。同样的机制也被广泛认为是高能宇宙射线产生的原因。随着人们对激光等离子体中无碰撞激波物理的兴趣日益增长，在受控实验室中再现和检测激波加速度的可能性应该被考虑。必须满足的各种实验限制进行审查。它表明，几个目前正在运行的激光设施可能满足必要的标准，以确认发生的扩散冲击加速的电子在激光产生的冲击。在实验室中成功再现费米加速可以打开一系列的可能性，提供对发生在宇宙射线的天体物理源附近的复杂等离子体过程的深入了解。
2012-11-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Opacity Project: R-Matrix Calculations for Opacities of High-Energy-Density Astrophysical and Laboratory Plasmas
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究利用R-矩阵原子数据计算高能量密度等离子体（如太阳对流区底部和ICF装置）的Rosseland平均不透明度，分析展宽效应和状态方程影响，以解决太阳不透明度问题并改进模型。
2025-10-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.atom-ph
Strong Field QED, Astrophysics, and Laboratory Astrophysics
本文探讨了磁星等致密天体中的强场QED效应，并指出超强激光和高能粒子可在实验室中模拟这些极端天体物理现象，为基础物理研究开辟新途径。
2025-03-12 astro-ph.HE hep-ph
Magnetic helicity in plasma of chiral fermions electroweakly interacting with inhomogeneous matter
研究了手征费米子与密度和速度随坐标变化的背景物质的弱电相互作用。该系统的动力学近似描述通过寻找Berry相。导出了左右粒子的有效作用量和运动方程。在旋转物质的情况下，我们得到了对反常电流和阿德勒反常的修正。然后我们研究一些天体物理学的应用。假设旋转中子星中的手征不平衡消失，我们得到了手征电子与背景中子相互作用引起的磁螺旋度变化率。螺旋度变化的特征时间与某些恒星的磁周期相吻合。
2020-05-19 astro-ph.HE hep-ph
Weibel Instability in Collisionless Plasmas Across Astrophysical and Laboratory Shocks
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
本文通过冷流体分析研究了Weibel不稳定性在四种不同情形下的表现，得出了最大增长率和特征不稳定性波数的标度关系，并验证了实验数据与理论预测的一致性。
2026-03-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Identification of a non-axisymmetric mode in laboratory experiments searching for standard magnetorotational instability
标准磁旋转不稳定性（SMRI）是天体物理盘中湍流和快速吸积的一种很有前途的机制。它是一种磁流体动力学（MHD）不稳定性，使流体动力学稳定的磁盘流不稳定。由于其在天文距离上的微观性质和实验室实验的严格要求，SMRI自提出以来一直未经证实，尽管它在天体物理学上具有重要意义。在这里，我们报告了一个非轴对称的MHD不稳定性在一个修改的泰勒-库埃特实验。为了寻找SMRI，沿旋转的液态金属流的旋转轴施加均匀的磁场。不稳定性最初呈指数增长，变得突出，只有足够的流动剪切和中等磁场。这些条件的不稳定性是定性一致的SMRI，但在磁雷诺数低于预测的线性分析与周期性轴向边界。三维数值模拟，然而，再现所观察到的不稳定性，表明它线性增长的主要轴对称流修改所施加的磁场。
2022-09-17 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
A pure hydrodynamic instability in shear flows and its application to astrophysical accretion disks
我们提供了一个可能的解决方案的百年老问题的流体动力学剪切流，这显然是稳定的线性分析，但在天体物理观测数据和实验表明是湍流。从实验室到天体物理流动，在各种系统中都注意到了这种不匹配。从19世纪末开尔文、瑞利和雷诺兹的早期工作开始，到目前为止，人们做了无数次尝试来解决这种不匹配。在这里，我们表明，随机噪声的存在，其不可避免的存在不应被忽视的剪切流的稳定性分析，导致纯流体动力线性不稳定。这解释了湍流的起源，这已经在天体物理学吸积盘、实验室实验和直接数值模拟中观察到/解释。这是，据我们所知，第一个解决方案的长期存在的问题的流体动力学不稳定的瑞利稳定流。
2016-08-02 astro-ph.HE cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Uncertainties in Atomic Data for Modeling Astrophysical Charge Exchange Plasmas
理论原子数据的相关不确定性对于确定等离子体诊断在一些领域的准确性至关重要，特别是包括天体物理研究。我们提出了一个新的计算的不确定性，目前的理论离子碰撞电荷交换原子数据和X-射线光谱的基础上的一组比较与现有的实验室数据中获得的历史合并束，冷靶反冲离子动量谱，和电子束离子阱实验。总截面的平均系统不确定度为35-88%，特征线比的平均系统不确定度为57-75%。模型偏差随碰撞能量的减小而增大。总截面的误差进一步导致低温碰撞等离子体电离平衡计算的不确定性。需要对原子数据库和专门的实验室测量进行实质性的改进，以便为下一次X射线光谱任务的X射线光谱做好准备。
2022-01-16 astro-ph.HE physics.atom-ph
A comparison of time-dependent Cloudy astrophysical code simulations with experimental X-ray spectra from keV laser-generated argon plasmas
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Kentucky（肯塔基大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文通过实验生成强光电离氩等离子体，用Cloudy代码建模并与实验结果比较，发现该代码可成功模拟实验室等离子体，亚keV光子通量影响显著，全能量范围X射线驱动光谱测量对准确建模至关重要。
2025-11-18 astro-ph.HE
Comprehensive Laboratory Benchmark of K-shell Dielectronic Satellites of Fe XXV-XXI Ions
本研究通过电子束离子阱实验，以约7eV分辨率分辨Fe XXV-XXI离子的KLn伴线（至n'=11），测定了激发截面（不确定度<15%），验证了FAC畸变波计算的准确性，为天体及聚变等离子体建模提供了实验基准。
2025-05-20 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Astrophysical implications on hyperon couplings and hyperon star properties with relativistic equations of states
超子是中子星内部的基本组成部分。对超声波相互作用知之甚少，是实验室研究超核和中子星观测的不确定性来源。在这项工作中，我们进行贝叶斯推断的现象学超子核子相互作用使用的潮汐变形测量的GW 170817双中子星合并探测LIGO/Virgo和PSR J 0030 +0541和PSR J 0740 +6620的质量半径测量探测NICER。该分析基于相对论平均场论中的一组严格的相对论中子-星-物质状态方程，该方程具有超子，自然地满足因果关系要求和经验核物质性质。我们特别利用最近推导出的强相关性的标量和矢量介子超子耦合，施加在单$Λ$超核中的测量$Λ$分离能，并进行了四个不同的测试或没有强相关性。我们发现，实验室的超核约束保证了足够大的$Λ$ -标量介子耦合，以匹配超子星物质中的大矢量耦合。当采用目前实验室和天体物理数据联合分析得到的超子耦合最可几区间时，我们发现超子星的最大质量至多为所选刚性状态方程组的$2.176^{+0.085}_{-0.202}M_{\odot}$（$68\%$可信区间）。基于我们的分析，对超子对恒星半径的影响进行了量化，并给出了超子星的各种性质。
2022-10-25 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
A laboratory plasma experiment for X-ray astronomy using a compact electron beam ion trap (EBIT)
The Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA)（宇宙科学研究所，日本宇宙航空研究开发机构）；RIKEN Pioneering Research Institute, RIKEN（理化学研究所先导研究院，理化学研究所）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）；European XFEL（欧洲X射线自由电子激光设施）；Faculty of Engineering, University of Miyazaki（宫崎大学工学部）；National Institute for Fusion Science（国立大学法人核融合科学研究所）；Institute for Laser Science, The University of Electro-Communications（电波研究所激光科学研究所，电气通信大学）；Department of Physics, Rikkyo University（立教大学物理学系）；RIKEN SPring-8 Center, RIKEN（理化学研究所SPring-8中心，理化学研究所）
JAXA-EBIT通过高电离离子的共振光电激发光谱学研究，验证了其在精确测量原子数据和推进天体物理研究方面的潜力。
2025-11-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Generation of photoionized plasmas in the laboratory of relevance to accretion-powered x-ray sources using keV line radiation
本文通过激光等离子体X射线源产生高光致电离参数等离子体，改进keV线源以匹配天体物理黑体辐射场，并与Cloudy代码对比验证，为吸积动力X射线源研究提供实验基准。
2024-03-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
