Magnetic Field Generation and Particle Energization at Relativistic Shear Boundaries in Collisionless Electron-Positron Plasmas
利用2.5维粒子模拟方法，研究了无碰撞电子-正电子等离子体中相对论剪切流边界的动力学物理。我们发现有效的磁场产生和粒子的剪切边界处，驱动流的不稳定性跨越剪切界面和持续的剪切流。非热的、各向异性的高能粒子被加速穿过场线，产生一个幂律尾，在低于切变洛伦兹因子的能量处被截断。这些结果对于研究耀变体、伽马射线暴和其他相对论性外流中喷流的耗散和辐射具有重要意义。
2013-01-28 astro-ph.HE
Stochastic Fermi Energization of Coronal Plasma during explosive magnetic energy release
本研究的目的是分析带电粒子（离子和电子）与随机形成的粒子散射体（例如，大尺度局部"磁波动"或"相干磁不规则性"），使用最初由\cite{Fermi49}提出的设置。这些散射体是由爆炸性的磁能释放形成的，并沿着不规则的磁场以阿尔文速度传播。它们是随机分布在不稳定的磁拓扑结构内的大尺度局域涨落（$δB/B \approx 1$），在这里称为{\bf Alfvénic散射体（AS）}。我们构建了一个3D网格，其中一小部分随机选择的网格点作为AS。特别地，我们研究了大量的测试粒子如何在AS集合内演化，分析了它们的能量分布和逃逸时间分布的演化。我们使用一个行之有效的方法来估计传输系数直接从粒子的轨迹。利用估计的输运系数，通过数值求解Fokker-Planck（FP）方程，我们可以恢复粒子的能量分布。我们已经证明，温和的相对论和相对论等离子体的随机费米能量（SFE）可以加热和加速周围的粒子分布的尾部由\citet{Parker58}和\citet{Ramaty79}预测。热等离子体的温度和高能粒子的尾部取决于粒子的平均自由程（$λ_{\rm sc}$）的散射体内部的粒子之间。
2016-12-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Moment-Field Interactions, A Universal Mechanism for Particle Energization
本研究通过Wind航天器数据证实Raghav效应，揭示带电粒子磁矩与动态磁场相互作用导致动能突变的机制，为太阳日冕加热和太阳风起源提供普适性能量化框架。
2025-04-28 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Fast acceleration of transrelativistic electrons in astrophysical turbulence
正如观测到的电磁辐射所表明的那样，从太阳耀斑到星系团内介质，高能相对论电子普遍存在于许多天体物理系统中。然而，关于加速和可能再次加速的机制，仍然存在悬而未决的问题。普遍存在的等离子体湍流是可能的普遍机制之一。本文采用混合粒子模拟方法研究了跨相对论电子在湍流中的运动，提供了一个从MHD到亚离子尺度的Alfvénic湍流模型，并对电子进行了粒子模拟。我们发现，取决于电子的初始能量和湍流强度，电子可能会经历一个快速和有效的阶段，由于磁曲率漂移期间，他们被困在动态磁结构。此外，电子被随机加速，这是一个较慢的过程，产生较低的最大能量。这两个过程的组合效应决定了总的电子加速。通过适当的湍流参数，我们发现超热电子可以被加速到相对论能量。例如，在日光层参数和相对较高的湍流水平下，快速达到MeV的能量是可能的。
2020-04-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron and proton energization in 3D reconnecting current sheets in semirelativistic plasma with guide magnetic field
本研究通过三维PIC模拟并对比二维情形，揭示引导磁场如何调控重联、DKI与磁通量绳不稳定性对电子和质子的能量分配。
2024-04-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Energization in Quasi-Parallel Shocks: Test-Particle-Electrons in a Proton Driven Turbulence
通过卫星飞行任务可以在地球弓形激波处对高能粒子进行现场观测，长期以来，人们一直认为电子在准垂直激波几何形状中最有效地加速。然而，被认为是宇宙射线电子产生的原因的冲击，以及来自超新星遗迹等来源的辐射，比地球的弓形冲击更强大，更大。他们对土星弓形激波的远程观测和现场测量表明，电子在准平行激波中也被非常有效地加速。在本文中，我们调查的可能性，加速到高能量的质子产生足够的波湍流，这是必要的电子预热和随后的注射到扩散冲击加速在准平行冲击几何。一个额外的测试粒子电子人口，这意味着是一个低密度除了电子核心分布上的混合模拟操作，被引入。我们研究这些电子是如何被激励的混合电磁场。空间维数的减少使我们能够显着增加每个数值单元的宏离子的数量，并实现测试电子的速度分布的收敛结果。我们讨论了电子预热机制，这可以使一个显着的一部分热电子访问的离子驱动的混合模拟中观察到的波。我们发现，由离子提供的前驱波场有相当大的潜力，预热电子之前，他们被冲击在次冲击。
2020-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Non-resonant particle acceleration in strong turbulence: comparison to kinetic and MHD simulations
无碰撞的磁化湍流为在各种天体物理场所产生非热高能粒子提供了一个有前途的框架。然而，控制粒子加速的详细机制仍然存在争议。本文利用二维和三维PIC以及三维（不可压缩）磁流体动力学（MHD）模拟，检验了最近提出的强磁化湍流中粒子非共振加速的模型\cite{2021PhRvD.104f3020L}，该模型将粒子的非共振加速归因于粒子与湍流中随机速度流的连续相互作用，并继承了Fermi模型的思想。为了做到这一点，我们比较了大量的粒子，在模拟中跟踪，预测和观察到的粒子动量的历史。预测的历史是从模型中得出的，从模拟中提取后，在沿粒子轨迹的每个点处，控制加速度的三个力项：沿场线方向投影的场线速度的加速度，沿相同方向投影的剪切，以及其横向压缩部分。总的来说，我们发现模型预测和数值实验之间存在明显的相关性，表明这种非共振模型可以成功地解释强磁化湍流中通过费米型过程产生的大量粒子湍流。我们还观察到，平行剪切的贡献往往占主导地位的物理在PIC模拟中，而在MHD不可压缩模拟中，平行剪切和横向压缩项提供约相等的贡献。
2022-06-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
First-principles Fermi acceleration in magnetized turbulence
该工作提供了E.磁流体动力学（MHD）湍流中粒子加速的费米模型，将磁流率与磁场线的速度梯度联系起来，并在湍流不稳定性的多重分形图像中表征。然后推导出分布函数在动量空间中的输运方程。这种描述被证明是由一个大规模的数值模拟强MHD湍流。目前，一般的框架可以用来模拟粒子加速在各种环境中。
2022-10-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence
湍流经常被用来解释空间中非热粒子和天体物理等离子体的起源。通过三维完全动力学粒子模拟，我们证明了低$β$等离子体（$β$是等离子体压力与磁压力的比值）中的湍流加速离子和电子进入具有幂律能量范围的非热能分布。离子谱比电子谱硬，并且随着$β$的增大，两种分布都变得更陡。我们发现，电子的自旋是伴随着一个显着的能量依赖的俯仰角各向异性，与大多数电子移动平行的本地磁场，而离子保持大致各向同性。我们表明，粒子注入从热池发生在高电流密度的区域。与磁重联相关的平行电场负责电子的初始能量增益，而垂直电场控制离子的总体重联。我们的发现对空间非热粒子的起源和天体物理等离子体具有重要意义。
2022-09-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Synergy of stochastic and systematic energization of plasmas during turbulent reconnection
湍流重联的一个重要特征是它将大尺度磁扰动$(δB/B \sim 1)$与随机分布的不稳定电流片（UCS）结合起来。许多著名的非线性MHD结构（强湍流、电流片、激波）都渐近地导致湍流重联状态。本文首次分析了{ \bf large scale}环境中电子和离子的相互作用，{ \bf combined}大振幅扰动以亚阿尔夫文速度传播，并带有UCS。磁扰动与带电粒子随机相互作用（二阶费米），它们在粒子的加热中起着至关重要的作用，而UCS系统地相互作用（一阶费米），并在高能尾的形成中起着至关重要的作用。由磁扰动和UCS的混合物提供的随机和系统加速度的协同作用影响热粒子和非热粒子的能量学、幂律指数以及粒子保持在能量释放体积内的时间。我们表明，这种协同作用可以解释所观察到的非常快速和脉冲粒子加速和稍微延迟形成的超热粒子种群。
2017-12-10 astro-ph.HE
Turbulent energization of electron power law tails during magnetic reconnection
地球的磁尾是一个很好的实验室，可以用来研究重联和湍流在确定电子轨道时的相互作用。在湍流重联过程中形成幂律尾的过程是一个有据可查的事实，仍然需要一个全面的解释。我们进行了大规模的平行粒子在细胞的3D模拟，并使用粒子速度的高能量范围的增强的统计分辨率，研究如何重新连接创建的尾巴形成的条件。该过程不是由相干的、层流的、重连产生的电场直接加速。相反，重连导致湍流外流，其中能量交换由高度非高斯分布的波动主导。在整个重联流出过程中，电子束是扩散的，但由于磁场增强的区域，例如朝向地球的偶极锋，电子束会增强。
2020-10-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
First-principles measurement of ion and electron energization in collisionless accretion flow
该研究首次采用真实质子-电子质量比开展最大规模3D PIC剪切盒模拟，探究无碰撞吸积流中磁旋转不稳定性湍流的离子-电子能量分配，给出加热比经验公式以提升吸积流全局建模精度。
2025-03-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Transport of Particles in Strongly Turbulent 3D Magnetized Plasmas
本文综述强湍流磁化等离子体中粒子输运，区分随机与系统性加速机制，揭示其统计特性差异及对能量分布的影响。
2025-08-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Secondary Energization in Compressing Plasmoids during Magnetic Reconnection
等离子体团--在重新连接电流片时自洽形成的磁化准圆形结构--以前被认为是高能粒子的墓地。在本文中，我们证明了等离子体团在相对论重联中塑造粒子能谱的重要作用（即，具有上游磁化$σ_{\rm up} \gg 1$）。利用二维粒子模拟方法，研究了含$σ_{\rm up}=10$和$100$的成对等离子体中发生在压缩等离子体团内部的二次粒子碰撞过程。我们证明了等离子体团随时间增长，而它们的内部压缩，放大了内部磁场。注入到孤立等离子体团中的粒子所感受到的磁场随时间线性增加，由于磁矩守恒，这导致了粒子的自旋。对于以幂律分布函数注入的粒子，该过程以这样的方式起作用，即注入的幂律的形状是守恒的，同时在较高能量下产生额外的非热尾$f(E)\propto E^{-3}$，随后是指数截止。截止能量随时间增加为$E_{\rm cut}\propto\sqrt{t}$，可以大大超过$σ_{\rm up} m_e c^2$。我们分析预测的二次加速时间尺度和新兴粒子能谱的形状，这可能是在某些天体物理系统，如耀变体喷气机的重大意义。
2021-05-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic Particle Transport and Acceleration in Structured Plasma Turbulence
本文讨论了三维不可压MHD湍流中相对论性带电粒子运动的扩散现象及其扩散特性。我们发现，由湍流等离子体运动诱导的随机电场导致测试粒子在一个模拟的盒子中运动，以随机的方式，一个二阶费米过程被加速。这些颗粒中的一小部分恰好被困在大尺度结构中，最有可能是由于湍流中岛屿的相互作用而形成的。这样的粒子得到指数加速，只要它们的俯仰角满足某些条件。我们将详细讨论加速结构的特征和负责快速加速的物理过程。我们还评论的适用性的结果，以现实的天体物理湍流。
2022-04-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle Acceleration in Magnetized Shear-Driven Turbulence
University of Michigan（密歇根大学）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；University of California, Santa Barbara（加利福尼亚大学圣巴巴拉分校）
研究揭示了磁化剪切驱动湍流通过湍流电场系统性扭曲gyro-orbits实现粒子加速，产生非热尾部和pitch角各向异性，为剪切流中粒子能量化提供通用模型。
2026-09-09 astro-ph.HE
Strong Coupling of Alfvén and Fast Modes in Compressible Relativistic Magnetohydrodynamic Turbulence in Magnetically-Dominated Plasmas
在本文中，我们报告了我们对坡印廷主导的等离子体湍流中Alfvén和快模之间新的强耦合状态的详细分析，在我们以前的工作Takamoto & Lazarian（2016）中报道，这是许多相对论等离子体现象的重要影响，并呼吁建立坡印廷主导的MHD湍流的新理论。对等温等离子体中的相对论MHD湍流进行了数值模拟，分析了快模与Alfvén模能量的比值。我们发现，即使在等温等离子体中，也可以观察到快模随背景$σ$参数的增加而增加的现象，表明这种现象在坡印廷主导等离子体中的trans-Alfvénic湍流中是普遍存在的.为了研究详细的能量转换过程，我们还进行了一系列的模拟衰减湍流注入纯Alfvén，快，慢模式，分别，并研究了从每个模式的模式转换的发展。我们还发现Alfvén模和快模之间的模式转换对背景温度几乎不敏感。最后，我们报告了一个结果的模拟与初始快模式为主的湍流。它发展成一个时间上的强耦合区，这是我们提出的快模和阿尔文模强耦合区存在的有力证据。结果表明，坡印廷主导等离子体中的强湍流与非相对论等离子体中的强湍流有很大的不同。这对坡印廷支配等离子体中粒子加速和非热光子发射的研究具有重要的指导意义。
2017-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Low-energy Injection and Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Magnetic Turbulence
本研究通过二维全动力学粒子模拟，发现相对论性磁湍流中注入能量随区域增大收敛至约10m_ec²，且垂直电场在注入和后续增能中可能起主导作用，有助于理解天体物理非热粒子产生。
2024-12-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fast Magnetosonic Turbulence in Two-Dimensional Relativistic Plasmas
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究通过全动能模拟揭示了二维相对论等离子体中驱动湍流的快速磁声级联特性，发现湍流从弱波主导态向强激波驱动态转变，并验证了弱湍流谱特性与理论一致。
2026-04-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
PIC Simulation Methods for Cosmic Radiation and Plasma Instabilities
无碰撞等离子体系统中的粒子加速问题是天体等离子体和天体粒子物理学的核心问题。加速区域的结构、电子-离子能量平衡、冲击时粒子的预加速以允许扩散冲击加速的进一步加速，除了电磁场的结构和动力学之外，还需要粒子分布函数的知识，因此动力学描述是可取的。粒子模拟提供了一个适当的，如果计算昂贵的方法，基本上进行数值实验，探索无碰撞等离子体中的动力学现象。我们回顾最近的天体物理等离子体系统，粒子加速和形状的不稳定性的PIC模拟结果。
2019-12-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence and particle acceleration in a relativistic plasma
在无碰撞等离子体中，湍流会强烈影响等离子体粒子的能量分布函数。特别是，它可以在高能量下发展出非热幂律尾。我们认为，最初的相对论性强的磁扰动（磁化参数$σ\gg 1$）的湍流迅速演变成一个超相对论等离子体温度，但温和的相对论性湍流波动的状态。我们提出了一个唯象和数值研究表明，在这种情况下，指数$α$的幂律粒子能量分布函数，$f(γ)dγ\propto γ^{-α}dγ$，依赖于磁压缩湍流。我们对标度指数$α$的解析预测与数值计算结果吻合得很好。
2021-12-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear development of electron-beam-driven weak turbulence in an inhomogeneous plasma
本文给出了非均匀非等温等离子体中电子注作用下朗缪尔波和离子-声波湍流的自洽描述。对非均匀非磁化等离子体，给出了电子、朗缪尔波和离子-声波动力学方程的完整数值解。结果表明，非均匀性的存在显著改变了系统的整体演化。这种不均匀性可以有效地改变朗缪尔波的波数，从而可以在不同的弱湍流状态之间切换。结果可以应用到各种等离子体条件下，我们选择太阳日冕参数作为例子，在进行数值分析。
2019-03-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Compressible Relativistic Magnetohydrodynamic Turbulence in Magnetically-Dominated Plasmas And Implications for A Strong-Coupling Regime
在这封信中，我们报告可压缩模式的影响，相对论磁流体动力学（RMHD）湍流坡印廷占主导地位的等离子体使用3维数值模拟。采用Cho & Lazarian（2002）的模式分解方法，将湍流中的涨落分解为快、慢和Alfvén三种MHD模式，并分别分析了它们的能谱和结构函数。分析了可压缩模态能量与Alfvén模态能量之比随其马赫数的变化关系。结果表明，可压缩模的比例不仅随Alfvén马赫数的增大而增大，而且随背景磁化强度的增大而增大，这表明在坡印廷主导的等离子体中，快模和Alfvén模之间存在强耦合，并出现了不同于非相对论MHD情形的新的RMHD湍流区.这一发现将影响通过假设Alfvénic临界平衡湍流获得的粒子加速效率，并将改变由非热电子产生的光子谱。
2016-10-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
The interaction between shocks and plasma turbulence: phase space transport
数值研究了无碰撞激波与充分发展的等离子体湍流的相互作用。混合动力学模拟，湍流射流对斜激波猛烈抨击，是用来解决等离子体传输上游湍流的作用。提出了一种新的技术，使用粗粒化的弗拉索夫方程，表明传输特性强烈依赖于上游湍流强度，湍流结构调制模式。这些结果对于理解空间等离子体中的加速和加热过程可能是相关的。
2020-11-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Weibel instability-mediated collisionless shocks in laser-irradiated dense plasmas:Prevailing role of the electrons in the turbulence generation
本文采用粒子模拟方法研究了超高强度激光脉冲驱动下稠密等离子体中无碰撞湍流激波的产生。从线性分析中，我们强调了激光加热和返回电流电子在触发强烈的韦伯不稳定性中的关键作用，从而产生能够各向同性靶离子的磁湍流。
2015-02-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless Magnetorotational Turbulence in Pair Plasmas: Steady-state Dynamics, Particle Acceleration, and Radiative Cooling
该研究利用三维完全动力学剪切盒模拟和同步辐射冷却策略，揭示成对等离子体磁旋转湍流在动力学尺度的谱变陡、角动量输运及不依赖初始条件的非热粒子加速。
2024-06-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spectra of magnetic turbulence in a relativistic plasma
本文通过唯象分析与二维PIC模拟研究磁主导无碰撞相对论等离子体中的强Alfvén湍流，给出总能量、残余能量、动态排列及惯性区陡化谱的标度律。
2023-06-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulence and order in magnetized flowing plasmas
本白皮书已提交给2019-2020年APS-DPP-CPP（美国物理学会等离子体物理社区规划过程分部）等离子体发现科学。它强调了对包括全局和局部模型在内的多种计算方法的需求，以及对复杂和多尺度磁和流主导的天体物理系统中物理模型层次结构的需求。湍流小规模与大规模发电机和湍流与有序带状流在这样的系统中的例子进行了讨论。
2020-11-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Heating of Magnetically Dominated Plasma by Alfvén-Wave Turbulence
天体物理致密天体周围的磁能可以强烈地支配等离子体静止质量。从这些系统中观测到的辐射可能是由阿尔文波湍流的耗散提供的，阿尔文波湍流级联成小的阻尼尺度，为等离子体提供能量。我们使用3D动力学模拟来研究这个过程。当级联自然激发时，通过碰撞大尺度Alfvén波，我们观察到准热加热，没有非热粒子加速。我们还发现粒子沿着磁场被激发，因此是同步辐射的不良生产者。在低等离子体密度，我们的模拟表明过渡到“电荷饥饿”级联，具有明显的阻尼机制。
2022-05-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
A semiempirical approach to low-energy cosmic ray propagation in the diffuse interstellar medium
我们用蒙特卡罗方法模拟宇宙射线沿漂移磁场的传播，研究了宇宙射线对弥漫的星际介质的电离。我们研究了低能宇宙射线如何在湍流的半透明分子云中传播，以及它们如何调节电离以及从介质中损失和获得能量。作为一个测试案例，我们使用高空间分辨率（0.03 pc）CO地图的一个良好的研究高纬度半透明云，MBM 3，湍流模型。传播问题的解决与修改后的蒙特卡罗程序，包括捕获，电离和电离损失。在均质介质中，捕获和再捕获不会产生显著影响。在非均匀介质中，粒子可以被困在云中很长一段时间。这改变了宇宙射线的分布，因为在最高能量（约100 MeV）的随机加速。在较低的能量下，反射太弱而不能产生明显的效应。能量分布的变化不会显著影响电离损失，因此电离变化是由于俘获效应。
2022-12-02 astro-ph.HE
Turbulence in Magnetized Pair Plasmas
研究了强磁化低β对等离子体中的阿尔夫维尼克型湍流。一组耦合的方程的演变的磁和流动的潜力，推导出，涵盖流体和动力学尺度。在流体（MHD）范围内，这些方程与电子-离子等离子体的方程相同，因此这些尺度下的湍流预计具有Alfvénic性质，表现出临界平衡，动态对齐，并在小尺度下过渡到撕裂介导的状态。临界尺度，在该过渡到撕裂介导的范围内发生的推导，并在该范围内的光谱斜率被预测为$k_\perp^{-8/3}$（或$k_\perp^{-3}$，取决于假设的重新连接配置的细节）。在电子（和正电子）趋肤深度以下的尺度上，有人认为湍流是由惯性阿尔文波的级联决定的，我们证明了这导致了磁能谱$\propto k_\perp^{-11/3}$。
2018-05-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Beyond Fermi-II: Intermittent Particle Acceleration by Relativistic Turbulence in Astrophysical Plasmas
Centre for Space Research, North-West University（西北大学空间研究中心）
STRIPE框架揭示相对论湍流在微夸克星中产生硬幂律高能尾部，挑战传统费米-II模型。
2026-03-10 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
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
Kinetic Simulations of Imbalanced Turbulence in a Relativistic Plasma: Net Flow and Particle Acceleration
湍流高能天体物理系统通常具有不对称的能量注入：例如，阿尔芬波从吸积盘传播到其日冕。这样的系统是“不平衡的”：与大尺度磁场平行和反平行的能通量是不相等的。在过去，不平衡湍流的数值研究主要集中在磁流体力学制度。在本研究中，我们使用三维粒子池（PIC）模拟研究了无碰撞、超相对论热、磁化对等离子体中的外部驱动不平衡湍流。我们发现，注入的电磁动量有效地转换成等离子体动量，导致净运动沿背景磁场的速度高达光速的一个显着的分数。这一发现对吸积盘风的发射具有重要意义。我们还发现，虽然在不平衡湍流中的粒子加速比在平衡湍流中的时间尺度更慢，但它最终会产生类似于平衡湍流的幂律能量分布。我们的研究结果对黑洞吸积盘日冕、风和喷流都有影响。
2021-12-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasma turbulence in the interstellar medium
星际介质是一种多相、磁化和高度湍流的介质。在这篇论文中，我们讨论了星际介质中等离子体湍流的理论和观测两个方面。我们先后考虑了无线电波通过等离子体的传播和无线电极化发射。对于每一个，我们首先提供了一个理论框架的形式，几个基本方程，使我们能够定义有用的诊断工具的等离子体湍流，然后我们展示了如何利用这些工具来检测和解释观测等离子体湍流的签名，以及天文学家从他们那里学到的关于性质，来源，和耗散的湍流在星际介质。
2019-12-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic ray transport in partially turbulent space plasmas with compressible magnetic turbulence
最近，在轴对称不可压缩磁湍流的情况下，将准线性近似推广到粒子轨道，发展了一个新的磁化空间等离子体中宇宙射线输运理论。在这里，我们推广的方法的重要物理情况下的可压缩等离子体。如前所述，在不可压缩等离子体的情况下，我们允许任意的陀螺相位偏差的未扰动的螺旋轨道中的均匀磁场。对于准稳态和空间均匀磁湍流的情况，我们在小拉莫尔半径近似下导出了回旋相位平均宇宙线Fokker-Planck系数。垂直和俯仰角的福克-普朗克系数和垂直和平行的空间扩散系数的上限。
2011-11-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
