Studying Anisotropy of Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence by Synchrotron Polarization Intensity
基于同步辐射偏振强度的统计分析，研究了可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的各向异性特性。二阶归一化结构函数、四极比模量和各向异性系数被综合用于表征极化强度的各向异性。在预分解数据立方体的基础上，我们首先探讨了偏振强度在不同湍流区域的各向异性，并发现最显著的各向异性发生在亚Alfvénic区域。使用后分解数据立方体在这个政权，然后我们研究的各向异性的偏振强度从阿尔文，慢和快模式。Alfvén和慢模的偏振强度统计表明了显著的各向异性，而快模的偏振强度统计表明了各向同性结构，这与Cho & Lazarian（2002）提供的早期结果一致。结果表明，四极比模量和偏振强度各向异性系数都能定量地反映可压缩MHD湍流的各向异性。这两种方法的协同使用有助于提高磁场测量的可靠性。
2020-01-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Studying the local magnetic field and anisotropy of magnetic turbulence by synchrotron polarization derivative
由于观测信息在视线方向上不可避免的积累，给磁流体湍流局部磁场的测量带来了困难。然而，正确理解局部磁场是重建银河系三维磁场的先决条件。研究了如何利用同步辐射偏振对波长平方的导数统计量$dP/dλ^2$来揭示局域磁场方向和涡旋各向异性。在低频强Faraday旋转区，我们结合多种统计技术，如结构函数、四极比模、谱关联函数、关联函数各向异性和空间梯度技术，进行了数值模拟。我们发现：（1）$dP/dλ^2$的统计分析确实揭示了底层MHD湍流的各向异性，其程度随着辐射频率的增加而增加;（2）$dP/dλ^2$的关联函数各向异性和梯度计算的协同作用使得局部磁场方向的测量成为可能。
2020-04-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Studying the properties of compressible MHD turbulence by synchrotron fluctuation statistics
基于三维MHD数值模拟的同步辐射观测结果，我们研究了可压缩MHD湍流在不同湍流状态下的可观测特性。利用同步辐射辐射率和强度，我们首先探讨了宇宙线光谱指数如何影响测量湍流性质采用归一化关联函数。然后，我们研究了三种基本MHD模式产生的同步辐射总强度和偏振强度的各向异性如何随视角变化，即，平均磁场和视线之间的角度。我们采用四极矩的比率，以达到这个目的。数值结果表明：（1）任意宇宙线谱指数的同步辐射统计两点关联函数与磁场指数$γ=2$的特殊情况有关，与Lazarian \& Pogosyan（2012）给出的解析公式一致;（2）Alfvén模和慢模产生的同步辐射总强度和偏振强度的各向异性随视角的增大而增大，（3）湍流同步辐射强度的解析公式可以用来描述湍流偏振强度的统计特性，量子力学方法可以成功地恢复湍流的各向异性。这项研究验证了Lazarian \& Pogosyan的分析方法，并开辟了一条从观测中研究湍流的途径。
2022-10-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Multidimensional relativistic MHD simulations of Pulsar Wind Nebulae: dynamics and emission
脉冲星风星云，特别是蟹状星云，是研究磁化相对论外流动力学和粒子加速到PeV能量的最佳宇宙实验室。通过数值模拟的多维MHD建模已经非常成功地再现了这些同步辐射星云的最内部结构，如在X射线中观察到的那样。因此，模拟源和观测之间的比较可以作为一个强大的诊断工具来探测脉冲星风的物理条件，如它们的组成，磁化和各向异性程度。然而，尽管有丰富的观测和当前MHD模型的准确性，磁场耗散和非热发射粒子加速的精确机制仍然是迄今为止困扰理论家的谜团。在这里，我们回顾了脉冲星风星云建模的计算方法，讨论了最相关的结果和最近取得的进展，在这个迷人的高能天体物理学领域。
2017-03-30 astro-ph.HE
Features of collisionless turbulence in the intracluster medium from simulated Faraday rotation maps II: the effects of instabilities feedback
对星系团团内介质（ICM）的法拉第旋转测量（RM）图进行统计分析，为评价ICM内磁场的某些空间特征提供了一个独特的工具。它与磁流体动力学（MHD）湍流的数值模拟相结合，可以诊断ICM湍流。由于ICM等离子体是弱碰撞的，粒子的热速度分布由于大尺度运动和带电粒子的磁矩守恒而自然地呈现各向异性。以前的一项研究（论文I）分析了大尺度热各向异性对湍流模拟合成的RM地图统计数据的影响;这些模拟采用了无碰撞MHD模型，该模型考虑了具有均匀各向异性的张量压力。在目前的工作中，我们扩展到一个无碰撞的MHD模型的分析，其中的热各向异性的发展，根据守恒的热粒子的磁矩。我们还考虑了微尺度镜和消防水龙带不稳定性引起的各向异性弛豫效应。我们表明，如果弛豫速率足够快，以保持各向异性限制的阈值的不稳定性，RM映射的色散和功率谱是不可区分的从碰撞MHD。否则，有一个减少的分散和陡峭的RM地图的功率谱（碰撞的情况下相比）。考虑到第一种情况，在ICM中使用碰撞MHD模拟来模拟RM统计变得更合理。
2016-11-27 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Cosmic-ray pitch-angle scattering in imbalanced MHD turbulence simulations
在完全演化的电磁湍流条件下，计算了非平衡湍流磁流体动力学（MHD）模拟中宇宙线粒子的俯仰角散射率。我们比较来自理想化的板光谱的宇宙射线扩散的准线性理论的理论预测，并演示如何交叉螺旋影响的形状的俯仰角扩散系数。在不断变化的磁场或静态场配置的额外的模拟提供的证据表明，在不平衡的湍流的散射各向异性主要是由于与传播阿尔芬波的相干性，但交叉螺旋MHD湍流的电场的空间结构的影响。
2015-08-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Cascade Processes of Strong and Weak MHD Turbulence
Xiangtan University（湘潭大学）；Chungnam National University（忠南国立大学）；Kunming University（昆明学院）
本研究通过高分辨率模拟揭示强弱湍流在相对论性MHD湍流中的级联特性，并发现其在中子星磁层中的应用意义。
2026-01-13 astro-ph.HE
Pressure anisotropy and viscous heating in weakly collisional plasma turbulence
本文利用基于漂移动理学的简化流体模型研究弱碰撞阿尔芬湍流中的压强各向异性效应，发现黏性加热耗散四分之一到二分之一的级联功率且对等离子体β和离子-电子温度比不敏感，并提出“磁不可变性”机制将黏性加热限制在强迫尺度附近，结果与混合动理学模拟吻合良好。
2023-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stratified Simulations of Collisionless Accretion Disks
本文在新近发展起来的能处理有限非旋向性压力张量的动力学磁流体力学（MHD）框架下，对无碰撞吸积盘进行了一系列分层剪切盒模拟。虽然一个完全动力学模拟预测一个更有效的角动量输运在无碰撞磁盘比在标准的MHD制度，增强的运输尚未观察到在过去的动力学MHD方法，以gyrotropic压力各向异性。为了研究完全动力学和MHD处理之间的这一缺失环节，本文注意到非回转压力的作用，并首次尝试将某些无碰撞效应纳入盘尺度，分层盘模拟。当回转取向的时间尺度大于或等于轨道盘的旋转频率时，我们发现选择性地保留在电流片附近的有限非回转取向有助于抑制剪切盒系统中的磁重联.这将导致磁旋转不稳定性驱动的MHD湍流的饱和振幅和角动量输运的合成效率的增加。我们的研究结果似乎有利于快速平流磁场向旋转轴的中心对象，这是需要从黑洞吸积系统，例如，磁逮捕磁盘状态发射超相对论性喷流。
2017-05-18 astro-ph.HE
Effective Viscosity in the Intracluster Medium During Magnetic Field Amplification via Turbulent Dynamo
本研究通过CGL-MHD等三维模拟探究星系团内介质湍流磁场放大中的黏度演化，发现黏度随时间降低呈双峰分布，验证了各向异性黏度模型对ICM过程研究的必要性。
2025-06-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
MHD accretion-ejection: jets launched by a non-isotropic accretion disk dynamo. II. A dynamo tensor defined by the disk Coriolis number
天体物理喷流是从强磁化系统中发射出来的，强磁化系统中有一个围绕着中心物体的吸积盘。在这里，我们解决的问题，如何产生的吸积盘磁化和喷射发射所需的场结构。我们继续我们的工作，从文件I（Mattia & Fendt 2020 a），考虑一个非标量吸积盘平均场$α^2Ω$ -发电机的背景下，大规模磁盘喷流模拟。我们现在研究一个圆盘发电机，它遵循平均场发电机理论的解析解，基本上只基于一个参数，科里奥利数。因此，我们确认的发电机张量的各向异性作用在吸积盘，允许相关的电阻率和平均场发电机盘湍流。我们的新模型恢复了以前的模拟应用一个纯粹的径向初始字段，同时允许一个更稳定的演变与垂直分量的种子字段。我们还提出了磁盘发电机系数的强度和动力学参数的喷气发动机之间的相关性，并讨论了它们的影响所观察到的喷流量。
2020-08-03 astro-ph.HE
Turbulence Mode Decomposition and Anisotropy in Magnetically Dominated Collisionless Plasmas
University of Florida（佛罗里达大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
研究相对论性湍流在磁主导非碰撞等离子体中的湍流模和各向异性，扩展Cho和Lazarian(2002)方法分解非相对论磁流体动力学湍流为阿尔芬、快和慢模，发现阿尔芬和慢模符合Goldreich和Sridhar(1995)标度，快模则各向同性。
2026-04-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field strength for parallel collisionless shocks with anisotropic upstream pressure
无碰撞激波的性质经常在磁流体动力学（MHD）模型中进行评估。然而，在无碰撞等离子体中，环境磁场可以在上游或下游维持稳定的各向异性，导致偏离MHD预测的行为。我们提出了一个模型，允许推导出下游各向异性，因此冲击密度跳跃，在上游量。为简单起见，考虑了成对等离子体中平行激波的情况。与上游假定各向同性的以前的工作相反，这里的上游各向异性$A=T_\perp/T_\parallel$是一个自由参数。强声激波区在形式上与各向同性上游情况相同。然而，对于中等音速马赫数，由于上游的各向异性，出现了各种行为。
2023-02-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
Density jump for oblique collisionless shocks in pair plasmas: allowed solutions
等离子体中的冲击波通常用磁流体力学（MHD）来处理。然而，MHD需要一个短的平均自由程的假设，这是不符合无碰撞等离子体。最近，对等离子体，我们设计了一个模型，允许占内的MHD形式主义的动力学效应。它依赖于对穿越前缘时产生的各向异性的估计，以及对下游各向异性稳定性的后续评估。我们解决了我们的模型的平行，垂直和开关的冲击。在这里，我们之间的桥梁，所有这些情况下处理的问题，任意的，但共面，定向磁场。即使提出的形式主义是有效的各向异性的上游温度，只有一个冷上游的情况下解决。我们发现额外的解决方案，这是不是MHD目录的一部分，和密度跳变，是显着少的准平行，高磁化，制度。由于计算的复杂性，这项工作主要致力于介绍我们的模型的数学方面。即将发表的一篇文章将专门讨论这里定义的冲击的物理学。
2022-11-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Limits on the ions temperature anisotropy in turbulent intracluster medium
弱碰撞星系团内介质（ICM）中的湍流能够在离子中产生强的热速度各向异性（相对于局部磁场方向），如果粒子的磁矩在没有库仑碰撞的情况下是守恒的。在这种情况下，各向异性压力磁流体动力学（AMHD）湍流显示出非常不同的统计行为，从标准的MHD之一，是无法放大种子磁场，在与以前的宇宙学MHD模拟是成功地解释所观察到的磁场在ICM不一致。另一方面，温度各向异性也可以驱动等离子体不稳定性，这可以放松各向异性。这项工作的目的是比较弛豫率与增长率的各向异性驱动的湍流。我们采用准线性理论来估计离子散射率，由于平行的消防水龙带，镜子，和离子回旋不稳定性，从AMHD模拟的湍流ICM产生的一组等离子体参数。我们发现，ICM湍流只能维持非常接近不稳定性阈值的各向异性水平。我们认为，AMHD模型的边界的各向异性在边缘稳定性水平可以描述的阿尔芬湍流级联的ICM。
2016-05-17 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Full-3D relativistic MHD simulations of Bow Shock Pulsar Wind Nebulae: dynamics
弓激波脉冲星风星云（BSPWNe）是已知的，显示出各种各样的形状和形态，无论是在比较不同的对象，并为同一对象在不同的能量带。目前还不清楚这种变化是否与脉冲星风特性的差异有关，或者与周围介质条件的差异有关。我们在这里提出了一套完整的三维，相对论性和磁流体动力学模拟BSPWNe，目的是确定如何在脉冲星风的注入条件的差异反映在星云动力学。为了实现一个很好的覆盖范围内的可用参数空间，我们已经运行了几个不同的参数，是最有代表性的风的特性：风能通量的纬度各向异性相对于脉冲星自旋轴，磁化水平，脉冲星自旋轴的倾斜度相对于脉冲星的运动方向。我们跟踪了这些系统的动力学，不仅在头部，而且在尾部，试图评估系统是否以及如何在距离脉冲星本身很远的地方保留注入的记忆。在本文中，我们集中我们的注意力在流体结构和磁场性质的表征。我们试图评估尾部的湍流水平，以及它与注入的关系，电流片的存活，以及受冲击的环境介质和相对论脉冲星风物质之间的混合程度。
2019-02-01 astro-ph.HE
Espresso and Stochastic Acceleration of Ultra-high-energy Cosmic Rays in Relativistic Jets
在espresso方案中，超高能（UHE）宇宙射线（CR）是通过活动星系核的相对论喷流中的类银河宇宙射线的一次性再加速产生的，与磁场波动决定的散射率无关。在Mbarek & Caprioli（2019）中，我们在高分辨率磁流体动力学（MHD）射流模拟中追踪了测试粒子CR，并发现相关的光谱斜率，化学成分和各向异性与UHECR现象学一致。在这项工作中，我们扩展了这样的分析，包括亚网格俯仰角散射模型的小尺度磁湍流，不能解决的MHD模拟。我们发现，一个大的散射率解锁随机加速度，并促进低能量CR，这最终导致更硬的UHECR光谱。然而，达到最高能量（达到希拉斯极限）的粒子总是由浓咖啡加速产生的，它们的光谱与假设的子网格散射率无关。
2021-08-13 astro-ph.HE
Intermittency in Collisionless Large-Amplitude Turbulence
本文通过全动理学三维模拟研究电子-正电子等离子体中无碰撞大振幅湍流的间歇性，揭示压强各向异性使磁场-曲率标度变陡并改变曲率分布幂律，同时触发镜像和火蛇不稳定性，对宇宙线输运与加速有重要意义。
2025-11-06 astro-ph.HE
Resonance-broadened transit time damping of particles in MHD turbulence
湍流磁场对粒子的散射是一个基本的天体物理过程，其物理基础是磁流体动力学（MHD）湍流理论。在现代MHD湍流理论的框架下，考虑了MHD湍流中产生的磁场涨落和湍流磁场的非线性去相关，导出了广义展宽共振函数，并给出了不同展宽机制占主导地位的粒子能量范围。加宽的共振允许粒子散射超过线性共振的能量阈值。通过分析确定的俯仰角扩散系数的渡越时间阻尼（TTD）与慢，快模式，我们表明，慢模式的湍流各向异性抑制其散射效率。此外，我们量化的依赖慢和快模式之间的相对重要性TTD散射粒子能量，（ii）等离子体$β$（气体压力磁压力的比率），和（iii）阻尼的MHD湍流，我们还提供了参数空间的优势慢模式。为了验证它的应用，我们发现在典型的部分电离星际相位中，在温暖的中性介质中，慢模和快模在宇宙射线的TTD散射中具有相当的效率。对于低能粒子，例如，亚Alfvénic带电颗粒，我们表明，慢模式总是占主导地位的TTD散射。
2018-10-17 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magneto-immutable turbulence in weakly collisional plasmas
我们提出，压力各向异性导致弱碰撞湍流等离子体自组织，以抵抗磁场强度的变化。我们将这种效应称为“磁不变性”，与不可压缩性（对压力变化的抵抗力）类似。当压力各向异性变得与磁压力相当时，这种效应是很重要的，这表明在无碰撞的弱磁化（高$β$）等离子体中，其动力学相关性与不可压缩性相似。磁化湍流的模拟使用弱碰撞Braginskii模型表明，磁不变湍流是惊人的相似，在大多数统计措施，临界平衡MHD湍流。然而，为了使磁场变化最小化，流动方向变得比MHD更受约束，并且湍流更强烈地由磁能（非零“剩余能量”）主导。这些效应代表了压力各向异性和流体湍流之间的关键差异，并且应该在$β\gtrsim1$湍流太阳风中观察到。
2019-01-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Shearing-box simulations of MRI-driven turbulence in weakly collisional accretion discs
我们提出了一个系统的剪切盒调查MRI驱动的湍流在弱碰撞等离子体包括各向异性的压力应力，即各向异性（Braginskii）粘度的影响。我们约束的压力各向异性（$Δp$）位于稳定性范围内，否则将施加动力学微观不稳定性。我们探索了一个广泛的区域的参数空间，考虑不同的雷诺数和磁场配置，包括净垂直通量，净环形垂直通量和零净通量。值得注意的是，我们发现，湍流和角动量输运的水平并没有受到很大的各向异性粘度的影响：麦克斯韦和雷诺应力没有太大的不同，从MHD的结果。Braginskii MHD中的角动量输运仍然强烈依赖于各向同性耗散，例如，各向同性磁性普朗特数，即使当各向异性粘度是数量级大于各向同性扩散率。然而，布拉金斯基粘度改变了流动结构，重新排列湍流，以在很大程度上抵消来自背景剪切的平行应变率。我们还表明，体积平均压力各向异性和各向异性粘性输运随着各向同性雷诺数（${\rm Re}$）的增加而减小;例如，在利用净垂直场的模拟中，当我们从${\rm Re} \sim 10^3$移动到${\rm Re} \sim 10^4$时，各向异性与麦克斯韦应力的比率（$α_{\rm A} / α_{\rm M}$）从$\sim 0.5$减小到$\sim 0.1$。因此，各向异性输运在高${\rm Re}$下可以忽略不计。然而，各向异性粘度在大${\rm Re}$下成为主要的加热源，占等离子体加热的$\gtrs…
2019-04-17 astro-ph.HE
Fluctuation Dynamo in Collisionless and Weakly Collisional Magnetized Plasmas
在弱碰撞的天体物理等离子体中，如星系团的团内介质中，宇宙磁场的混沌流体运动的放大受到磁场排列的压力各向异性的绝热产生的阻碍。这种各向异性驱动了平行于磁场的粘性应力，抑制了等离子体拉伸磁场线的能力。我证明，通过使用动力学模拟，在高$β$等离子体，动力学离子拉莫尔尺度不稳定性切断热压力和磁压力之间的绝热联系，减少这种粘性应力，从而使发电机操作。两个不同的制度的波动发电机在磁化等离子体中确定：一个在这些不稳定性有效地调节压力各向异性和一个在这种调节是不完善的。我阐明了这些动力学不稳定性的等离子体粘度的作用，并确定如何的字段和流量的自我组织，让发电机在面对平行的粘性应力。在有效的压力各向异性调节的情况下，等离子体发电机非常类似于其更传统的Pm ~ 1 MHD对应物。当调节不完善时，发电机表现出与磁流体发电机饱和状态下的特征显着相似的特征。一套新的微观物理封闭流体模拟，桥梁这两个制度的构建，表现出爆炸性的磁场增长所造成的场强依赖性粘度。发电机在无碰撞和弱碰撞等离子体，然后密切比较彼此，揭示了实质性的差异，如何子平行粘性运动的行为。前者（无碰撞）的情况下，经历了一系列的拉伸运动，以子拉莫尔尺度，导致越来越快的发电机作为磁雷诺数增加。
2019-12-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ultra-High-Energy Cosmic Rays and Neutrinos from Relativistic Jets of Active Galactic Nuclei
在Mbarek & Caprioli（2019）中，我们为研究Caprioli（2015）的浓缩咖啡范式奠定了基础，这是一种将银河系CR提升到UHECR水平的再加速机制。我们的自下而上的方法使用现实的相对论活动星系核喷流的三维MHD模拟，并占所有的普遍加速理论的关键成分：注入，加速，并在现实环境中逃逸。我们的结果与UHECR谱的主要特征一致，即，幂律斜率、化学成分和各向异性。在Mbarek & Caprioli（2021）中，我们通过包括亚网格粒子散射来改进我们的模型，以模拟MHD模拟无法解决的小尺度磁湍流，第一次限制了一个关键但难以建模的成分，并使我们能够建立相对论射流中浓缩咖啡和随机剪切加速的相对重要性。我们的框架也使我们能够分析我们的加速UHECR考虑外部光子场的影响产生的高能中微子，并将核光致衰变。我们得到的光谱与俄歇、望远镜阵列和冰立方天文台的观测结果一致。
2021-09-28 astro-ph.HE
Characterization of Numerical Dissipation in Simulations of Magnetohydrodynamic Turbulence
Center for Applied Physics and Technology, HEDPS and SKLNPT, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院，应用物理与技术中心，HEDPS和SKLNPT）；Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, Peking University（北京大学纳米光电前沿科学中心）
提出后验框架直接估计MHD湍流模拟中的数值耗散，揭示其各向异性和谱特性，并给出物理耗散主导的条件。
2026-06-23 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
Kinetic simulations of the cosmic ray pressure anisotropy instability: cosmic ray scattering rate in the saturated state
本文利用MHD-PIC框架下的一维动力学模拟结合自适应δf方法，研究了宇宙线压强各向异性不稳定性的饱和状态，测量了有效散射率νeff并建立了与环境参数的标度关系，为宇宙线反馈的宏观模拟提供亚网格标定依据。
2025-07-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Self-organization in collisionless, high-$β$ turbulence
本文研究了无碰撞、高$β$湍流中由压力各向异性和Larmor尺度不稳定性引发的“磁不可变性”自组织效应，发现该效应能抑制磁场涨落与耗散，使Alfvénic级联在粘性尺度下形成近守恒的类MHD惯性区，并通过Landau-fluid模拟证实了微不稳定性仅占据极小体积。
2024-09-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Pressure-anisotropy-induced nonlinearities in the kinetic magnetorotational instability
在无碰撞和弱碰撞的等离子体中，例如在致密物体上的热吸积流中，磁旋转不稳定性（MRI）可能与标准（碰撞）MRI显着不同。特别是，相对于局部磁场方向的压力各向异性可以改变线性MRI色散关系，并导致模式结构和增长率的非线性修改，即使当场和流扰动很小。这项工作研究这些压力各向异性引起的非线性弱非线性，高离子β政权，MRI饱和到强湍流之前。我们的目标是更好地了解如何在低碰撞性等离子体的MRI的饱和度可能不同于在碰撞制度。我们专注于两个关键的影响：（i）的直接影响的自感压力各向异性的非线性的MRI模式的演变，和（ii）的影响压力各向异性的“寄生不稳定性”被怀疑导致模式打破成湍流。我们的主要结论是：（i）镜不稳定性以这样一种方式调节压力各向异性，即一旦模式振幅变得大于背景场（就像在MHD中一样），无碰撞等离子体中的线性MRI是近似非线性解。这意味着无碰撞和碰撞MRI之间的差异在大幅度时变得不重要。(ii)大振幅MRI模式通过寄生不稳定性分解成湍流在无碰撞和碰撞等离子体中是相似的。总之，这些结论表明，在无碰撞等离子体中的磁旋转湍流的路线可能是类似的碰撞等离子体中，最近的动力学模拟所建议的。作为对这些发现的补充，我们为未来磁旋转湍流动力学模拟的设计提供了指导。
2017-11-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Role of the Heliosphere in Shaping the Observed Cosmic Ray Spectral Anisotropy
University of Maryland（马里兰大学）；University of Wisconsin（威斯康星大学）
本研究通过先进的MHD-动能日球层模型，首次测试日球层磁场对银河宇宙射线能谱各向异性的影响，发现Region A区域的宇宙射线能谱特征。
2026-03-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Imbalanced Relativistic Force-Free Magnetohydrodynamic Turbulence
当磁能密度远大于物质的磁能密度时，如在脉冲星/黑洞磁层中，介质变成无力的，我们需要相对论来描述它。在非相对论磁流体力学（MHD）中，相对论极限下的Alfvénic MHD湍流可以用逆行波包的相互作用来描述。本文数值研究了这种环境中的强不平衡MHD湍流。这里，不平衡湍流意味着在一个方向上行进的波（主波）具有比相反的行波（次主波）更高的振幅。我们发现：（1）主波的频谱比次主波的频谱陡，（2）主波的各向异性比次主波的各向异性弱，（3）主波和次主波的磁能密度之比对能量注入率之比的依赖性比二次依赖性陡（即，b_+^2/b_-^2 \propto（ε_+/ε_-）^n（n>2）。这些结果与不平衡非相对论Alfvénic湍流的结果一致。这与先前报道的相对论性和非相对论性平衡磁湍流的相似性很好地对应。
2013-12-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear Instabilities Driven by Differential Rotation in Very Weakly Magnetized Plasmas
我们研究了弱磁化差分旋转等离子体在无碰撞动力学理论和Braginskii的碰撞，磁化等离子体理论的线性稳定性。我们专注于非常弱的磁化极限，这对于理解天体物理磁场如何产生和在高红移下被放大是很重要的。我们表明，流体理论的单一不稳定性-磁张力介导的磁旋转不稳定性-被两个不同的不稳定性，一个与离子和一个与电子。每一种都有不同的方式来利用差动旋转的自由能。离子不稳定性是由有限离子回旋频率（回旋粘度）引起的跨磁场线的动量粘性传输驱动的;增长最快的模式的波长明显长于MHD和Hall MHD预测。电子不稳定性是由微分旋转产生的温度各向异性驱动的哨声模式;生长时间可以比旋转周期短几个数量级。电子不稳定性是更广泛的一类不稳定性的一个例子，这些不稳定性通过它们产生的温度各向异性进入微分旋转或剪切的自由能。我们简要地讨论了我们的结果的应用，平面剪切流的稳定性，并表明，这种流动是线性超稳定的流体陀螺粘度的存在。我们还简要地描述了我们的结果的影响磁场放大的高红移星系的维里化晕。
2014-12-02 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Local 2D Particle-in-cell simulations of the collisionless MRI
磁旋转不稳定性（MRI）是各种天体物理吸积盘角动量输运的重要机制。在以远低于爱丁顿速率吸积的系统中，例如银河系中心的黑洞（Sgr A*），粒子之间的库仑碰撞速率非常小，使得盘本质上演化为无碰撞的等离子体。我们提出了一个非线性研究的碰撞MRI使用第一性原理粒子在细胞（PIC）等离子体模拟。在这个初步的研究中，我们专注于本地的二维（轴对称）模拟，推迟更现实的三维模拟未来的工作。对于具有净垂直磁通量的模拟，MRI连续放大磁场，直到阿尔文速度v_A与光速c相当（与v_A/c的初始值无关）。这与类似轴对称MHD模拟中MRI通道模式饱和度的缺乏是一致的。MRI对磁场的放大在等离子体中产生显著的压力各向异性（垂直压力大于平行压力）。我们发现，这种压力各向异性反过来激发镜像模式和体积平均的压力各向异性保持在镜像模式激发的阈值附近。粒子的重联和与压力各向异性相关的粘性加热是导致粒子重联的原因。重联产生一个独特的幂律成分的能量分布函数的粒子，表明非热离子和电子加速的可能性，在无碰撞的吸积盘。这对于解释观测到的Sgr A* 等系统的发射（从无线电到伽马射线）具有重要意义。
2012-01-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Unveiling a New $β$-Scaling of the Tearing Instability in Weakly Collisional Plasmas
利用非理想回转各向异性磁流体力学框架研究弱碰撞等离子体中的线性撕裂不稳定性，发现高β环境下增长率新标度σ_max τ_a ∝ β^{-1/4}，源于压力各向异性自洽涨落，挑战经典MHD的β无关性假设，对天体物理重联模型有重要意义。
2025-10-08 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle acceleration in relativistic turbulence: A theoretical appraisal
我们讨论的物理随机粒子加速相对论磁流体动力学（MHD）湍流，结合数值模拟的测试粒子加速合成波湍流谱与详细的分析估计。特别是，我们研究粒子加速在波动各向同性快模式湍流，在Alfvén和缓慢的Goldreich-Sridhar型波湍流（适当占各向异性效应），包括共振加宽由于波衰减和俯仰角随机化。在高粒子刚性下，这三种模式对加速度的贡献在一个数量级内相当，这是几种效应的组合（快模式的渡越时间阻尼部分消失，Alfvén和慢模式由于共振加宽而增加的散射率）。此外，我们提供的分析参数超过政权的MHD波湍流的加速度，解决问题的非共振加速的结构，而不是波组成的湍流，以及在小规模的平行电场的加速度的问题。最后，我们将我们的结果与现有文献进行比较，并提供了适用于高能天体物理现象学的现成公式。
2020-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field strength for perpendicular collisionless shocks with anisotropic upstream pressure
本文通过假设垂直流动方向温度在激波波阵面守恒来封闭 MHD 方程组，研究了上游压力各向异性垂直无碰撞激波的密度跳跃随磁场强度的变化，揭示了 MHD 无法描述的丰富行为，并与平行激波情形进行了比较。
2023-06-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
