Multi-dimensional simulations of ergospheric pair discharges around black holes
众所周知，黑洞会发射出强大的相对论性喷流，并发射出高度可变的伽马辐射。这些喷流如何装载等离子体仍然知之甚少。火花隙被认为是黑洞磁层中粒子加速和对产生的驱动力。在本文中，我们进行二维轴对称广义相对论粒子模拟的一个黑洞磁层的逆康普顿散射和对生产的现实治疗。我们发现磁层可以自洽地充满等离子体并激活Blandford-Znajek机制。一个高度依赖于时间的火花隙打开附近的内轻表面注入对等离子体的磁层。这些结果可以解释在活动星系核中观测到的高能活动，并解释喷流底部等离子体的起源。
2020-03-07 astro-ph.HE
Radio Emission and Electric Gaps in Pulsar Magnetospheres
该研究利用全局第一性原理动力学等离子体模拟，揭示脉冲星磁层中电间隙、电子—正电子放电及电磁模式激发机制，为解释射电辐射起源和多波长观测提供新途径。
2023-12-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Existence of steady gap solutions in rotating black hole magnetospheres
在某些种类的紧凑天体物理系统的普遍条件下，旋转黑洞的活动磁层变得电荷匮乏，从而导致形成火花隙，在火花隙中不断产生等离子体。等离子体产生过程伴随着GeV-TeV波段的伽马射线的弯曲和逆康普顿发射，这可能是通过当前和未来的实验检测到的。最近，人们利用局域稳定能隙的完全广义相对论模型研究了能隙发射的性质。然而，这个模型需要人工调整电流，而电流实际上是由磁层的全球特性决定的。在本文中，我们映射的参数制度中存在的稳定间隙的解决方案，使用一个稳定状态的间隙模型在克尔几何，并表明，这种解决方案只允许在限制性条件下，可能不适用于大多数天体物理系统。我们进一步认为，即使是允许的解决方案是不一致的全球磁层结构。我们的结论是，磁层间隙本质上是间歇性的，并指出，这可能会大大改变其发射特性。
2017-12-11 astro-ph.HE
Time-dependent pair cascades in magnetospheres of neutron stars I. Dynamics of the polar cap cascade with no particle supply from the neutron star surface
我认为，电磁驱动的电子-正电子级联在中子星的磁层的问题，必须解决从第一性原理。我描述了一个一般的数值算法做自洽的动力学模拟的电子-正电子级联-其中粒子加速，对创建和筛选的电场同时计算-并将其应用到模型的鲁德曼和萨瑟兰级联在一个维度。我发现电子对的产生是相当有规律的，而且是准周期性的。在每个循环中，都会产生一团超相对论性的电子-正电子等离子体，它传播到磁层中，留下一个相对论性较低的等离子体尾部，当这个温和的相对论性等离子体离开极冠时，下一次放电发生。当加速电场被屏蔽并且不产生电子对时，电子对形成的短突发之后是较长的安静阶段。一些新注入的电子-正电子对被困在等离子体振荡中，产生了一群低能粒子。级联很容易调整到脉冲星磁层所需的电流密度，通过逆转一些低能粒子。每一次放电都产生一个强相干超光速静电波，这可能与脉冲星射电辐射问题有关。
2010-09-01 astro-ph.HE
Multi-epoch study of the gamma-ray emission within the M87 magnetosphere model
M87是一个邻近的射电星系，被探测到的能量范围从射电到甚高能量（VHE）伽马射线。它的接近和它的喷射，偏离视线允许详细的形态研究。成像大气切伦科夫技术（从100 GeV到10 TeV）提供的角分辨率（几弧分），以解决M87发射区不足。然而，MAGIC、HESS和VERITAS观测到的短时间尺度变化表明，TeV的辐射来自一个非常小的区域，很可能靠近核心。我们提出，可变TeV辐射可能产生于中心黑洞磁层的电子-正电子等离子体密度不足以完全屏蔽加速电场的对饥饿区域.漏斗，一个低密度和磁主导的区域周围的两极，出现作为一个有利的网站的低密度的Blandford-Znajek过程可以解释的主要属性的TeV $γ$射线发射的M87。我们产生了一个宽带光谱能量分布（SED）的辐射和比较模型与观测到的流量从核的M87，低和高$γ$射线活动。最后，我们简要地讨论了磁层间隙形成过程中吸积率和磁电阻之间的关系。
2015-05-28 astro-ph.HE
Fast radio bursts and their high-energy counterpart from magnetar magnetospheres
最近发现的银河系快速射电暴（FRB）与来自银河系磁星SGR J 1935 +2154的X射线暴（XRB）同时发生，这意味着至少有一些FRB来自磁星活动。我们认为FRB是由磁星的地壳破裂触发的，其爆发事件率取决于地壳中的磁场强度。由于极区地壳破裂速率相对较高，因此FRB更倾向于在多极磁极方向附近触发。地壳破裂产生阿尔文波，在磁层中形成一个电荷匮乏的区域，并导致非稳态对等离子体放电。FRB是由跨磁场线的非均匀对产生的相干等离子体辐射产生的。同时，FRB相关的XRB是由外部磁场线的快速弛豫产生的。在这张照片中，与FRB 200428相关的尖峰硬X射线分量来自相邻捕获火球之间的区域，其具有高截止能量的光谱归因于共振康普顿散射。持续的X射线辐射来自磁层活动加热的热点，其温度演化受磁星表面冷却的控制。在这幅图中，磁场较强的磁星往往会产生更明亮、更频繁的重复爆发。
2021-07-14 astro-ph.HE
Gravitational waves from gaps of neutron stars
RIKEN（理化学研究所）；Kobe University（神户大学）；Hiroshima University（广岛大学）
研究中子星磁层间隙产生连续引力波的机制，发现外间隙产生的引力波振幅可达2×10^-24，足以被未来引力波探测器检测到。
2026-03-31 astro-ph.HE gr-qc
Coherent inverse Compton scattering by bunches in fast radio bursts
快速射电暴（FRB）具有极高的亮度温度，这就要求其发射机制必须是“相干的”，既可以是通过聚束的一致粒子发射，也可以是通过等离子体波模或辐射振幅的指数增长。聚束机制主要在曲率辐射或回旋/同步辐射的背景下讨论。在这里，我们提出了一个家庭的模型调用相干逆康普顿散射（ICS）的聚束粒子，可能会在一个耀斑磁星的磁层内或外。耀斑期间的地壳振荡可能激发磁星表面附近的低频电磁波。这些波的X模式可以穿透磁层。磁层内电荷匮乏区域或磁层外电流片中的相对论性粒子会向上散射这些低频波，产生GHz发射，为FRB供电。ICS机制具有比曲率辐射大得多的单个电子的发射功率。这大大降低了所需程度的相干性聚束，减轻了几个批评的聚束机制的曲率辐射的背景下提出的。发射是$\sim 100\%$线性偏振的（具有发展圆偏振的可能性），在每个突发上具有恒定或变化的偏振角。该机制可以解释窄带频谱和频率下漂移模式，如在重复FRB中通常观察到的。
2021-11-12 astro-ph.HE
Very High-Energy Emission from the Direct Vicinity of Rapidly Rotating Black Holes
当黑洞以很低的吸积率吸积等离子体时，形成对流主导的吸积流（ADAF）。在ADAF中，相对论性电子通过韧致辐射发射软伽马射线。一些MeV的光子相互碰撞，在磁层中形成电子-正电子对。当吸积速率通常大于爱丁顿速率的0.03-0.3%时，这种对有效地屏蔽了沿磁场线的电场。然而，当吸积率变得小于这个值时，所产生的对的数密度变得小于旋转诱导的Goldreich-Julian密度。在这样一个缺乏电荷的磁层中，沿着磁场线会产生一个电场，将带电轻子加速到超相对论能量，从而通过逆康普顿（C）过程产生有效的TeV辐射，消耗一部分提取的空穴旋转能量。本文综述了黑洞磁层中的定态轻子加速器模型。我们将该模型应用于超大质量黑洞，并证明附近的低光度活动星系核能够发射可检测的伽马射线之间的0.1和30 TeV的切伦科夫望远镜阵列。
2018-11-23 astro-ph.HE
A kinetic study of black hole activation by local plasma injection into the inner magnetosphere
通过广义相对论粒子网格模拟，研究局部等离子体注入对黑洞磁层火花隙形成的影响，发现高注入率可屏蔽磁层，开启对产生则实现完全屏蔽并辐射TeV伽马射线。
2023-06-15 astro-ph.HE
Electric field screening in pair discharges and generation of pulsar radio emission
脉冲星射电辐射可能是在成对放电中产生的，当加速电场被新产生的成对放电屏蔽时，脉冲星磁层充满了等离子体。在这封信中，我们开发了一个简化的分析理论，这些对放电的电场的屏蔽，并使用它来估计总的无线电光度和频谱。放电有三个阶段。首先，电场第一次被屏蔽并开始振荡。接下来，出现非线性阶段。在这一阶段，电场的振幅经历了强烈的阻尼，因为电场显著地改变了新产生的电子对的动量。当电场不再能显著改变对动量时，这种强阻尼停止，系统进入最终的线性阶段。应用于双星，这个理论可以解释射电辐射的几个方面，包括观测到的光度$L_{\rm{rad}} \sim 10^{28} \rm{erg} \, \rm{s}^{-1}$和观测到的光谱$S_ω\sim ω^{-1.4 \pm 1.0} $。
2022-06-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Coherence of Multi-Dimensional Pair Production Discharges in Polar Caps of Pulsars
本文首次通过自洽多维PIC模拟研究了脉冲星极冠区的非均匀对放电，发现跨磁场线的放电相干尺度约为间隙高度，且放电填满整个极冠区，从而反驳了“火花”模型关于存在孤立放电柱的关键假设。
2024-09-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical modelling of gamma-ray emission produced by electrons originating from the magnetospheres of millisecond pulsars in globular clusters
球状星团是伽马射线的辐射源。在GeV能量下，它们的发射归因于居住在星团中的毫秒磁星的磁层活动。相对论性粒子对周围光子场的逆康普顿散射被认为是球状星团GeV-TeV辐射的来源。利用对饥饿极帽模型模拟了合成毫秒脉冲星的γ辐射。除了脉冲星的发射特性外，合成脉冲星模型还产生了逃离脉冲星磁层的电子光谱。为了模拟球状星团的伽马射线发射，使用了合成毫秒脉冲星建模的两个产品。对居住在星团中的合成毫秒双星的伽马射线谱进行求和，以产生星团发射的磁层分量。这些电子被注入到合成的球状星团环境中。它们与团簇磁场和周围光子场的扩散和相互作用都用Bednarek & Sitarek（2007）模型进行，得到团簇发射的ICS分量。磁层分量和ICS分量之和给出了球状星团的合成γ能谱。合成的簇谱从GeV延伸到TeV能量。对两个球状星团：Ter 5和47 Tuc进行了详细的模拟。模拟能够再现（误差内）的形状和通量水平的GeV部分的光谱观察到的两个集群的费米/LAT仪器。在团簇光谱的TeV部分获得的合成通量水平与H.E.S.S.确定了47 Tuc的上限，最近检测到Ter 5的H.E.S.S.望远镜合成的球状星团模型，但是，是不能够再现的TeV光谱观察Ter 5的确切形状。
2013-04-26 astro-ph.HE
Magnetic reconnection with a 0.1 rate: Effective resistivity in general relativistic magnetohydrodynamics
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy & Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓拉普天文与天体物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Princeton Center for Theoretical Science and Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学理论科学中心和天体物理科学系）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内克研究所）
该研究通过引入有效电阻率模型，展示了相对论磁流体动力学在模拟磁重联速率方面的能力，特别是在中子星和黑洞磁osphere中的应用。
2026-01-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ab-Initio Pulsar Magnetosphere: Particle acceleration in Oblique Rotators and High-energy Emission Modeling
我们进行全球粒子模拟脉冲星磁层，包括对生产，从表面提取离子，帧拖动校正，高能光子发射和传播。在斜旋转体的情况下，广义相对论的影响增加了支持活跃对放电的开放场线的比例。我们发现脉冲星风中的等离子体密度和粒子能流随纬度的变化是高度不均匀的。出射粒子能量通量的重要部分由从恒星表面提取的高能离子携带。它们的能量可以扩展到开放场线电压的很大一部分，使它们成为超高能宇宙射线的有趣候选者。我们发现，脉冲星的伽马射线辐射是占主导地位的同步辐射，产生的粒子，通过相对论磁重联的Y点附近和赤道电流片通电。在大多数情况下，计算的光变曲线包含两个强峰，与费米观测基本一致。辐射效率随着脉冲星倾角的增加和电流片中对产生效率的增加而降低，解释了在$L_γ$与$\dot{E}$中观察到的散射。我们发现，在光谱中的高频截止调节的对加载的电流片。我们的研究结果奠定了定量解释费米观测的伽玛射线天体的基础。
2017-07-13 astro-ph.HE
Modeling of Gamma-ray Millisecond Pulsar Light Curves Revealed by Fermi-LAT
费米大天区望远镜（LAT）最近探测到了8颗伽马射线毫秒双星（MSP），为探测这些低自旋毫秒双星的磁层提供了前所未有的机会。我们在对饥饿极帽（PSPC）、槽隙（SG）和外隙（OG）脉冲星模型的背景下进行了3D发射建模，包括各种特殊相对论效应。大多数的光变曲线最适合SG和OG模型，令人惊讶地表明存在狭窄的加速间隙限制了强大的对生产。所有的模型拟合意味着高海拔的排放，我们观察到目前的伽马射线MSP人口的独家分化成两个子类：光变曲线的形状和滞后波带施加PSPC或SG /OG型的几何形状。
2009-11-25 astro-ph.HE
Poynting flux transport channels formed in polar cap regions of neutron star magnetospheres
本研究通过二维粒子模拟发现，中子星极冠区对级联放电形成坡印廷通量输运通道，相干射电辐射无需粒子-波能量转换，且波束无锥形结构，直接沿无对产生的开放磁场线逃逸。
2024-11-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Strong and weak pulsar radio emission due to thunderstorms and raindrops of particles in the magnetosphere
研究利用FAST观测脉冲星B2111+46消隐态的微弱矮脉冲，通过偏振测量揭示磁场结构不变，并以粒子雷暴和雨滴解释强弱射电辐射机制。
2023-08-18 astro-ph.HE
Lepton acceleration in the vicinity of the event horizon: High-energy and Very-high-energy emissions from rotating black holes with various masses
将脉冲星外能隙模型应用于黑洞磁层，研究了电子和正电子在事件视界附近的静电加速。在低吸积阶段，辐射低效吸积流（RIAF）不能发出足够的MeV光子，需要通过双光子碰撞维持无力磁层。在这样一个电荷匮乏的区域（或间隙）中，沿着磁场线产生电场，将电子和正电子加速到超相对论能量。这些相对论轻子通过曲率和逆康普顿（IC）过程发射出丰富的伽马射线。一些这样的伽马射线与RIAF发射的亚毫米红外光子碰撞，形成成对的物质，从而部分屏蔽了原始的加速电场。结果表明，随着吸积率的减小，能隙γ射线的亮度增大。然而，如果吸积率下降太多，减少RIAF软光子场不能再维持一个固定的对生产的间隙。只要一个固定的间隙形成，磁层成为力的级联对间隙外，不管BH的质量。如果附近的恒星质量的黑洞（BH）处于静止状态，或者如果一个银河系的中等质量的BH是在一个非常低的吸积状态，它的曲率和IC的排放被发现是可检测的费米/LAT和成像大气切伦科夫望远镜（IACT）。如果一个低光度的活动星系核位于几十Mpc的范围内，那么IACT就可以勉强探测到它的超大质量BH的IC辐射。
2016-10-25 astro-ph.HE
Origin of Pulsar Radio Emission
自从半个多世纪前发现恒星是明亮的相干射电发射源以来，发射的原因一直是个谜。在这封信中，我们证明了相干辐射可以直接产生在非稳态对等离子体放电，这是负责充满脉冲星磁层等离子体。通过大规模的二维动力学等离子体模拟，我们表明，如果对创建跨磁场线是不均匀的，由新鲜产生的对等离子体的电场的屏蔽是伴随着电磁波的性质的发射。利用屏蔽过程的局部模拟，我们确定这些波作为超光速的普通（O）模式，这应该自由地逃离磁层的等离子体密度沿波的路径下降。波的频谱是宽带和频率范围是观测到的脉冲星无线电辐射。
2020-06-25 astro-ph.HE
The response of black hole spark gaps to external changes: A production mechanism of rapid TeV flares?
我们通过一维广义相对论粒子模拟研究了饥饿克尔黑洞磁层对盘发射强度和全球磁层电流突然变化的响应。这种变化可能是由于吸积过程的不稳定性引起的。我们发现，在由软盘光子贡献的对产生不透明度是适度的情况下，例如，M87，这种变化可以引起延迟，强烈的TeV耀斑，主要是在间隙中加速的粒子的曲率发射。耀斑的上升时间，以及外部变化和从外部间隙边界发出的耀斑的发作之间的延迟，是间隙的光交叉时间的顺序。在M87中观测到的快速、大振幅TeV耀斑，或许还有其他活动星系核，都可能是由这种机制产生的。
2021-11-02 astro-ph.HE
Kinetic modeling of the electromagnetic precursor from an axisymmetric binary pulsar coalescence
最近探测到的与双中子星合并有关的引力波重新引起了人们对脉冲星磁层相互作用的兴趣。目前的模型预测，在合并之前应该释放大量的磁能，导致电磁前兆发射。在本文中，我们重新审视这个问题的最新进展，动力学模型的脉冲星磁层。我们将我们的工作限制在磁矩和旋转轴对齐的情况下，从而忽略轨道运动。我们进行全球二维轴对称粒子模拟两个脉冲星磁层合并的速度一致的引力波的排放。对称和非对称系统进行了研究。模拟显示，随着两颗恒星的靠近，磁层内的磁耗散显著增强。尽管磁层结构取决于脉冲星自旋和磁轴的相对方向，但所有结构都呈现出几乎相同的辐射特征，表明共同的耗散机制在起作用。两个磁层的相对运动驱动两个磁层之间边界的磁重联，导致有效的粒子加速和高能同步辐射。极冠放电也强烈增强在不对称的配置，导致在蓬勃发展的对生产和潜在的额外的高能量辐射。我们观察到的脉冲星辐射效率增加了两个数量级的最后一个轨道合并前超过一个孤立的脉冲星的自旋功率。预期的信号太弱，即使在附近的宇宙中也无法在高能量下被检测到。然而，如果这些能量的一小部分被引导到无线电波中，它就可以被观察到是一个不重复的快速射电暴。
2018-12-14 astro-ph.HE
Comprehensive analysis of magnetospheric gaps around Kerr black holes using 1D GRPIC simulations
火花间隙很可能是活跃黑洞（BH）磁层中等离子体的来源。在本文中，我们提出了一个饥饿的BH磁层的一维广义相对论粒子在细胞模拟的逆康普顿散射和对生产的现实治疗的结果，为广泛的条件下，运行时间比以前的研究，和不同的设置。我们发现，在初始放电后，系统经历了长期的逐渐演变，直到恢复真空状态或达到准周期振荡的状态，这取决于周围辐射场的光谱形状和光度。振荡发生在零电荷表面附近的情况下，全球磁层电流的渐近Goldreich-Julian电荷密度和径向速度的产品所定义的方向，而它们发生在模拟框的边界附近时，它是相反的方向（返回电流）。它们的振幅和由此产生的TeV光子从间隙发射的亮度敏感地依赖于条件;在这里研究的情况下，TeV亮度的比Blandford-Znajek功率范围从$10^{-5}$到$10^{-2}$，这表明强烈的耀斑可能产生的磁盘排放的适度变化。我们还研究了依赖于每个细胞的粒子（PPC）的初始数量的解决方案，并发现收敛PPC约50的情况下检查。在较低的PPC值对多重性被认为是人为的高，影响的解决方案相当大。
2020-09-01 astro-ph.HE
Probing millisecond pulsar emission geometry using light curves from the Fermi Large Area Telescope
一个有趣的新的高能脉冲星子群正在出现的早期发现的伽马射线毫秒脉冲星（MSP）的费米大面积望远镜（LAT）。我们提出的结果从3D发射建模，包括特殊的相对论效应的像差和飞行时间延迟和旋转后掠的B场线，在几何背景下的极冠（PC），外间隙（OG），和两极焦散（TPC）脉冲星模型。一般认为，这些非常古老的，快速旋转的中子星（NS）应该有很大程度上对饥饿的磁层，由于没有显着的对生产，我们发现，大多数的光变曲线是最好的TPC和OG模型，这表明存在狭窄的加速间隙限制强大的对生产-即使在这些恒星非常低的自旋下降光度。伽马射线脉冲形状和相对于无线电脉冲的相对相位滞后表明，高空发射对所有几何形状都占主导地位。我们还发现，目前的伽马射线MSP人口的两个MSP子类的独家分化：光变曲线的形状和滞后波带施加对饥饿的PC（PSPC）或TPC /OG型的几何形状。在第一种情况下，无线电脉冲相对于单个伽马射线脉冲具有小的滞后，而在后一种情况下，（第一个）伽马射线峰值通常以大的相位偏移落后于无线电。最后，我们发现，磁通校正因子作为磁倾角和观测器角度的函数，通常是所有模型的顺序统一。因此，我们对MSP的光变曲线和通量校正因子的计算是对Watters等人的“ATLAS论文”的补充。
2009-11-04 astro-ph.HE
Searching for High Energy, Horizon-scale Emissions from Galactic Black Hole Transients during Quiescence
我们利用费米长期存档寻找恒星质量黑洞的伽马射线对应物，并将脉冲星外隙模型应用于其磁层，研究了电子和正电子在事件视界附近的静电加速.当一个黑洞瞬变（BHT）是在一个低硬或静态，辐射效率低下的吸积流不能发出足够的兆电子伏的光子，所需的维持力在极漏斗磁层通过双光子碰撞。在这个电荷匮乏的间隙区域中，沿着磁场线产生电场，以将电子和正电子加速到超相对论能量。这些相对论轻子通过曲率和逆康普顿过程发射出大量的伽马射线。研究发现，当等离子体吸积率通常保持在快速旋转的恒星质量黑洞的爱丁顿值的0.01%和0.005%之间时，这些伽马射线发射表现出耀斑活动。通过分析从档案费米/LAT数据确定的检测限，我们发现，7年的平均占空比，这样的耀斑活动应小于5%和10%的XTE J1118+480和1A 0620-00，分别，和V404 Cyg的检测限是与理论预测。据预测，间隙发射可以区分从喷流发射，如果我们调查的高能光谱行为或观察附近的BHT在深静止同时在红外波长和非常高的能量。
2017-07-27 astro-ph.HE
Electromagnetic Emission post Spinning Black Hole-Magnetized Neutron Star Mergers
对于由旋转的黑洞（BH）（质量为$\gtrsim 7M_\odot$）和强磁化中子星（NS）（表面磁场强度为$B_{\rm S,NS}\gtrsim10^{12}$ \，G和质量为$\sim 1.4M_\odot$）组成的双星，NS作为一个整体可能最终会陷入BH。在螺旋阶段，自旋BH可以充电到Wald电荷量$Q_{\rm W}$，直到合并在电真空近似。在合并过程中，如果旋转的带电BH由于足够强的电场而产生自己的磁层，使成对级联产生火花，则带电BH将从电真空过渡到无力情况，并且可以在一段时间内放电$\gtrsim1~{\rm ms}$。由于无力磁层充满了高导电等离子体，在冻结条件下，NS帽上的磁通量将保留在BH事件视界之外。基于这种情况，我们在这里研究了三种可能的能量耗散机制，这些机制可以在BH-NS合并引起的引力波事件后BH放电的时间间隔内产生电磁（EM）对应物：（1）在黑洞的两极会发生磁重联，导致毫秒级的明亮电磁信号，（2）由于整个BH磁场的分离和重连而导致的闭合磁力线区中的磁冲击可能会产生明亮的无线电发射，例如，一个快速的射电爆发，和（3）布兰德福德-Znajek机制将提取BH的旋转能量，产生一个毫秒持续时间的发光高能爆发。我们还计算了由于这些机制的亮度作为BH的自旋的函数为不同的值的$B_{\rm S,NS}$。
2019-09-02 astro-ph.HE
Unraveling the Emission Geometry of the Fermi Millisecond Pulsars
现在已经被费米-LAT探测到的9个毫秒双星（MSP）为探测这些古老致密天体的发射几何提供了一个极好的机会。由于它们是无线电大声的，人们可以使用跨波段的相对相位滞后来获得对它们的无线电和伽马射线束的方向、大小和位置的约束。我们使用几何外隙（OG）和两极焦散（TPC）模型，除了一个对饥饿的极帽（PSPC）模型，其中包括完整的广义相对论电场的伽马射线光变曲线模型。我们发现大多数MSP光变曲线都能用OG和TPC模型拟合，而PSPC模型更适合于另外两种模型。最新发现的PSR J 0034 -0534的光变曲线最好使用无线电和伽马射线束有限扩展的外磁层OG / TPC模型进行建模。我们在较低的海拔使用固定高度的圆锥模型的无线电发射的其他八个MSP模型。最后，我们推导出倾角和观测角（α和ζ）的值，以及在每种情况下的通量校正因子。
2009-12-15 astro-ph.HE
Simulations of the radio polarization of a precessing pulsar PSR J1906+0746
最近建立的脉冲星磁层中无线电波传播理论概述了射电光变曲线和偏振形成的一般方面。它使我们能够描述一般属性的平均配置文件，如位置角（$PA$）的线性极化，和圆极化的现实结构的对创建区域中的脉冲星磁层。本文将无线电波传播理论应用于脉冲星PSR J1906+0746的射电观测。这颗脉冲星特别有趣，因为在双星系统中观测到相对论性自旋进动，使我们能够对其几何形状施加强有力的限制。因为它是一个几乎正交的旋转，脉冲星允许我们观察两个磁极，正如我们所示，这是至关重要的测试理论的无线电波传播和磁层等离子体的参数获得约束。结果表明，等离子体参数与极帽放电中产生等离子体对的理论定性一致。具体而言，对于PSR J1906+0746，我们将等离子体多重性$λ\sim 10^3$和次级等离子体$γ\sim $的洛伦兹因子限制为几百。
2020-09-01 astro-ph.HE
Lepton acceleration in the vicinity of the event horizon: Very-high-energy emissions from super-massive black holes
在快速旋转的黑洞周围，当等离子体吸积速率远小于爱丁顿速率时，辐射低效吸积流（RIAF）无法提供足够的MeV光子，这些光子能够成对物质化。在这样一个电荷匮乏的BH磁层中，无力条件在极漏斗中被打破。将脉冲星外磁层轻子加速器理论应用于超大质量黑洞，证明了在漏斗中事件视界附近沿磁场产生强电场，电子和正电子在真空间隙中被加速到100 TeV，这些轻子通过逆康普顿（IC）过程发射出大量的光子，远距离观测能量在0.1~ 30 TeV之间。研究发现，只要低光度活动星系核位于百万太阳质量的中心黑洞的1 Mpc以内或十亿太阳质量的中心黑洞的30 Mpc以内，这些IC通量就可以用成像大气切伦科夫望远镜探测到.由于RIAF光子场的不均匀和各向异性分布，这些非常高能量的通量以相对小的立体角围绕旋转轴发射，并且与RIAF亚毫米波通量显示出反相关。间隙的亮度几乎不依赖于三维磁场的配置，因为Goldreich-Julian电荷密度，因此施加的电场基本上是由框架拖曳效应，而不是由磁场配置。
2017-06-09 astro-ph.HE
Constraints on the Emission Geometries and Spin Evolution of Gamma-ray Millisecond Pulsars
毫秒级伽马射线源（英语：Millisecond gamma radiator，MSP）是一种不断发展的伽马射线源。脉冲伽马射线信号已被费米大面积望远镜（LAT）从40多个MSP探测到。MSP的更宽的无线电波束和更紧凑的磁层使研究能够在比非回收的无线电波响亮的伽马射线散射更广泛的相空间范围内的发射几何形状。我们已经模拟了40个LAT检测MSP的伽马射线光变曲线，使用几何发射模型假设真空延迟偶极子磁场。我们使用一个单一的高度空心锥束，与核心组件时，由偏振表示的无线电配置文件建模;然而，对于MSP与伽马射线和无线电光变曲线峰值发生在几乎相同的旋转相位，我们假设无线电发射是共同定位的伽马射线和焦散的性质。使用极大似然技术确定最佳拟合参数和置信区间。我们将光变曲线分为三个模型类别，伽马射线峰尾随（I类），对齐（II类）或领先（III类）无线电峰。外间隙和槽间隙（两极焦散）模型最适合大致相同数量的I类和II类，而III类仅适合于对饥饿极帽模型。基于典型的导出参数区分模型类是困难的。我们探讨了周期和自旋下降功率的磁倾角的演变，找到可能的相关性。虽然显著的非峰值发射的存在通常可以用作外间隙和槽间隙模型之间的一种替代，但是可能需要混合模型。
2014-04-08 astro-ph.HE
On the mechanism of hard X-ray emission from magnetars
磁星的持续活动与持续向磁层注入相对论粒子的放电有关。磁星周围的大型活跃磁环必须充满流出的粒子，这些粒子通过共振散射与辐射相互作用并产生电子-正电子对。流出的能量被处理成大量的e+-，直到等离子体进入环路的外部，那里的磁场降低到10^13 G以下。在外区，流出物散射的光子不会转化为e+-对，流出物会将其能量辐射出去。逃逸的辐射在磁星光谱中形成一个明显的硬X射线峰。它具有以下特点：（1）它的光度L=10^35-10^36 erg/s，很容易超过磁星表面的热光度。(2)它的光谱从10 keV延伸到MeV波段，具有硬光谱斜率，这取决于物体对视线的倾斜度。(3)各向异性的硬X射线发射在磁星自旋时表现出强烈的脉动。(4)发射光谱典型地在1 MeV附近达到峰值，但是峰值位置随着自旋周期显著振荡。(5)在低于1 MeV的光子能量下，发射由异常偏振模式主导。(6)减速的电子对在磁环的顶部积累和湮灭，发射出511 keV的线，亮度L_ann \sim 0.1L。特征（1）-（3）与现有数据一致;（4）-（6）可以通过未来的观察进行检验。
2012-08-29 astro-ph.HE
