Universality of the Acceleration Due to Gravity on the Surface of a Rapidly Rotating Neutron Star
在快速旋转的中子星表面上，有效离心力降低了赤道处由重力产生的有效加速度（在旋转坐标系中测量），同时由于恒星离心压扁成扁球体而增加了两极处的加速度。我们计算了相对论性快速旋转中子星的有效引力加速度，并表明对于质量为$M$，赤道半径为$R_e$，角速度为$Ω$的恒星，由于引力引起的有效加速度与非旋转情况的偏差具有一种普遍的形式，它只依赖于紧度比$M/R_e$，角速度的无量纲平方$Ω^2R_e^3/GM$，以及恒星表面的纬度这种依赖性是普遍的，因为它对中子星的状态方程几乎没有依赖性。对有效引力在慢转极限下进行了展开，以说明有效离心力、恒星扁圆形状和引力场四极矩对有效引力的依赖性。此外，还得到了一个经验拟合的简单有效引力公式，发现对于所有实际的质量、半径和自旋值，在极点处由于引力引起的加速度的增加与在赤道处由于引力引起的有效加速度的减小具有相同的数量级。对于旋转频率接近600赫兹的中子星来说，两极和赤道的有效重力差大约是20%。
2014-04-02 astro-ph.HE
Centrifugal acceleration of protons by a supermassive black hole
离心加速度是由于磁层中旋转的极向磁场产生了与磁场正交的电场。具有有限回旋半径的带电粒子可以沿着电场移动并接收能量。离心加速度将粒子推向边缘，在那里它们的方位角速度达到光速。我们用数值和解析方法计算了粒子的运动轨迹。获得的最大能量取决于粒子磁化$ κ$的参数，其是磁层中磁场线的旋转频率$ Ω_F $与粒子的非相对论性回旋频率$ ω_c $的比率，$ κ= Ω_F /ω_c << 1 $，并且取决于参数$ α$，其是环向磁场$ B_T $与极向磁场$ B_P $的比率，$ α= B_T / B_P $。结果表明，对于小的环形场，$ α<κ^{1/4} $，最大洛伦兹因子$ γ_m $只是磁化的平方根，$ γ_m = κ^{-1/2} $，而对于大的环形场，$ α>κ^{1/4} $，能量显着增加，$ γ_m = κ^{-2/3} $。然而，最大可能的加速度，$ γ_m = κ^{-1} $，是没有达到磁层。对于一些活动星系核，如M87，我们发现了加速质子的洛伦兹因子的极大值。给出了最大质子能量及其能流的A* 估计。这些结果与HESS切伦科夫望远镜的实验数据一致。
2020-01-10 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Centrifugal breakout reconnection as the electron acceleration mechanism powering the radio magnetospheres of early-type stars
磁性B星经常表现出圆偏振的无线电辐射，被认为是由被困在星周磁层中的高能电子的回旋同步辐射引起的。最近的经验分析表明，观测到的射电辐射的起始和强度与磁场强度和恒星自转速率成比例。这挑战了现有的范式，即高能电子在磁化恒星风外部区域的相反极性场线之间的电流片中加速，其中不包括恒星旋转的作用。最近成功地解释了一个类似的旋转场的H $α$线发射的模型，其中磁层密度调节离心突破（CBO）方面的依赖关系的基础上，我们在这里研究相关的CBO驱动的磁重联在加速电子发射所观察到的回旋同步辐射的潜在作用。我们特别表明，CBO重联的能量生产的理论比例匹配以及观测到的射电光度的经验趋势，具有适当的小，几乎恒定的转换效率$ε\approx 10^{-8}$。我们总结了我们的CBO标度与以前的协会与电动势的显着优势，并讨论了CBO过程的X射线和其他观察到的旋转磁性B星离心磁层的特性的潜在影响。
2022-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Centrifugal acceleration of protons in the vicinity of a supermassive black hole
研究了活动星系核中质子的加速问题。最大的能量是由中央机器磁层中的离心加速过程中的质子获得的。在黑洞磁层中加速的质子接近轻圆柱面时，加速主要发生在方位角方向，即加速是离心的。在本文中，加速质子具有较小的同步辐射损失相比，电子被认为是。由于质子在靠近光表面加速时能量增加最大，因此可以在那里得到最大洛伦兹因子的部分解。在分析中得到了最大能量与粒子磁化参数$ κ$和反映环向$ B_ϕ$和极向$ B_T $磁场关系的参数$ α$的关系，本文的结论是：由于黑洞磁层拓扑结构的限制，加速粒子不可能达到洛伦兹因子值$ γ_m=κ^{-1}$的理论最大极限施加的环形和极向磁场。对环向磁场和极向磁场关系的特殊情况的分析表明，在存在明显更环向的磁场的情况下，最大洛伦兹因子值达到$γ_m = κ^ {-2/3} $，在环向场与极向场相比变得更小的情况下，最大洛伦兹因子值不超过$γ_m = κ^ {-1/2} $。对于许多对象，如M87和Sgr。本文导出了在有无环形磁场的情况下加速质子的最大洛伦兹因子值。所得结果与Sgr. A * 已经被切伦科夫望远镜的大质量HESS上获得的实验数据所证实。
2019-11-30 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-th
Modeling YSO Jets in 3D I: Highly Variable Asymmetric Magnetic Pressure-Driven Jets in the Polar Cavity from Toroidal Fields Generated by Inner Disk Accretion
本文通过三维非理想MHD模拟揭示YSO喷流由极向空腔中环向磁压而非离心力驱动，并指出传统磁离心模型的速度关系不适用于估算喷流发射半径。
2025-07-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Particle Acceleration and the Formation of Relativistic Outflows in Viscous Accretion Disks with Shocks
在这封信中，我们提出了一个新的自洽理论生产的相对论性流出观察到的射电响亮的黑洞候选者和活动星系的粒子加速的结果，在热，粘性的吸积盘包含站立，离心支撑的等温冲击。这是第一个工作，以获得这样的磁盘的结构，一个相对较大的值的Shakura-Sunyaev粘度参数（$α=0.1$），并考虑的影响，在粘性磁盘的相对论粒子的加速冲击。在我们的方法中，流体动力学和粒子加速度耦合和解决方案获得自洽的基础上严格的数学方法。我们发现，在激波附近的粒子加速可以提供足够的能量来驱动观测到的M87中的相对论性喷流。
2009-07-05 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the novel mechanism of acceleration of cosmic particles
本文建立了一个新的活动星系核（AGN）和类星体旋转磁层中粒子加速的模型。粒子能量可以在几步机制中被提升到巨大的能量。在第一阶段中，朗缪尔波被离心地激发，并通过有效地泵送旋转能量以激发静电场的参数过程来放大。通过考虑磁层，它表明朗缪尔波很快朗道阻尼的相对论电子已经存在于磁层。已经发现，该过程是如此有效，以至于没有能量损失可能影响粒子加速的机制。应用典型的参数为年轻的电子，我们已经表明，通过这一过程的电子可能会达到$10^{18}$ eV的顺序的能量。活动星系核磁层的情况略有不同。在第二阶段，“朗缪尔崩溃”的过程发展，为转移电能创造适当的条件，以将已经很高的质子能量提升到更高的值。如在前面的情况下，可以表明各种能量损失相对较弱，并且不对$10^{21}$ eV量级的最大可实现质子能量施加任何显著约束。
2015-07-09 astro-ph.HE
On particle acceleration and very high energy gamma-ray emission in Crab-like pulsars
高能带电粒子的起源和甚高能γ射线辐射的产生仍然是现代脉冲星物理中的一个挑战性问题。通过应用一个玩具模型，我们探讨了在富含等离子体的脉冲星磁层中靠近光表面的同向旋转带电粒子的加速度，并在适合于克拉布型脉冲星的条件下研究了它们与磁场和光子场的相互作用。分析了类单极磁场几何中粒子的离心加速，确定了共转、逆康普顿相互作用和曲率辐射反应对粒子离心加速效率的限制。我们推导出最大粒子能量的表达式，并提供相应的高能量曲率和逆康普顿功率输出的估计。结果表明，对于类蟹状星云，电子洛伦兹因子可达$γ\sim 10^7$，使热光子逆康普顿（Klein-Nishina）上散射到TeV能量，最大亮度输出为$\sim10^{31}$ erg/s.另一方面，曲率辐射将导致高达$\sim(10^{34}-10^{35})$ erg/s的强GeV发射输出，对于低于$\sim 50$ GeV的光子能量，其朝向更高能量准指数地减小。根据所呈现的结果，预期只有年轻的类星体是可检测到VHE $γ$射线发射的场所。
2009-08-07 astro-ph.HE
Diffusive acceleration in relativistic shocks: particle feedback
在相对论激波中被扩散加速的粒子的谱指数$s$取决于未知的角扩散函数$\mathcal{D}$，如果加速是有效的，则角扩散函数本身取决于粒子分布函数$f$。我们开发了一个松弛代码来计算$s$和$f$的任意功能$\mathcal{D}$依赖于$f$。一个局部的$\mathcal{D}(f)$依赖性的动机和显示，当上升（下降）上游，软化（硬化）$s$相对于各向同性的情况下，移动的角度分布向上游（下游）方向，并加强（削弱）的粒子约束的冲击;相反的效果$s$下游发现。然而，即使当$\mathcal{D}$是$f$的强函数时，$s$的变化仍然是适度的，因此标准的各向同性扩散结果仍然近似适用，除非$\mathcal{D}$是高度各向异性的并且不是$f$的局部函数。当$\mathcal{D}(f)$上升足够快时，在2D和3D中$s$的温和的$\sim 0.1$软化可以通过从头计算模拟来指示。
2019-10-22 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration in $N$ dimensions
无碰撞冲击通常在两个空间维度（2D）中进行研究，以深入了解3D情况。我们分析了任意维数$N\in\mathbb{N}$的扩散激波加速。对于压缩比为$\mathcal{R}$的非相对论激波，加速粒子的谱指数为$s_E=1+N/(\mathcal{R}-1)$ ;奇怪的是，对于任何$N$，这都产生了熟悉的$s_E=2$（即，每个对数粒子能量仓的相等能量）。导出了相对论激波上$s_E$与各向异性的精确关系，并利用该关系得到了各向同性角扩散情况下$s_E$的解析表达式，证实了三维情况下的类似结果。特别是，这种方法产生超相对论冲击极限的$N=2$的$s_E = (1+\sqrt{13})/2 \simeq 2.30$和$s_E(N\to\infty)=2$的任何强冲击。各向同性扩散输运方程的角本征函数在2D中简化为椭圆余弦函数，提供了问题的严格解;上游的第一个函数已经产生了非常精确的近似。我们展示了如何这些和其他结果可以用来促进研究的冲击在3D。
2020-02-25 astro-ph.HE
Diffusive shock-acceleration: breakdown of spatial diffusion and isotropy
我们指出，在压缩比为$r$的非相对论激波中加速的粒子只有在一定条件下才能达到标准的$p=(r+2)/(r-1)$谱指数。以前推导的频谱，基于近似的空间扩散或可忽略的各向异性，被证明是不合理的一般散射函数。我们解释和数值证明，与以前的权利要求相反，$p$可以大大偏离各向异性散射的标准结果。我们证明了分析的标准方法仍然是有效的各向同性介质的限制。额外的光谱修改，例如在中间的光学深度从冲击的散射模式的运动，进行了讨论。
2019-10-17 astro-ph.HE
Particle Acceleration in Advection-Dominated Accretion Disks with Shocks: Green's Function Energy Distribution
描述对流为主的吸积盘中的相对论粒子的加速度的分布函数进行了分析，使用的传输形式主义，包括一阶费米加速，平流，空间扩散，并通过磁盘的上下表面的粒子逃逸。当盘中存在离心支撑的激波时，激波附近发生的集中粒子加速将吸积气体的结合能的很大一部分引导到相对论粒子中。这些高能粒子垂直扩散通过盘和逃逸，带走能量和熵，并允许剩余的气体吸积。盘/冲击系统的动力学结构计算自洽使用的模型，作者以前开发的成功占生产的观察到的相对论性外流（喷流）在M87和\SgrA。这就保证了能量被逃逸的相对论粒子从圆盘带走的速率等于能量守恒所要求的激波位置处径向能通量的下降。我们调查的平流，扩散和加速粒子分布的影响，通过计算非热格林函数，它显示了一个相对平坦的幂律尾巴在高能量。我们还得到了逃逸粒子的能量分布，并讨论了逃逸粒子产生的可观测的次级辐射的光谱。
2009-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Universal behaviour of shock precursors in the presence of efficient cosmic-ray acceleration
研究了宇宙线压力支配等离子体中高能粒子与自生磁流体波的自洽相互作用。使用三维混合MHD动力学代码，它利用了球谐展开的Vlasov-Fokker-Planck方程，高分辨率模拟的磁场增长，包括反馈的宇宙射线进行。据发现，高宇宙射线加速效率的冲击，磁场变得高度紊乱，导致近各向同性扩散，独立于环境磁场的初始取向。平行激波的亚玻姆扩散的可能性被证明，而扩散系数接近玻姆极限从下面的斜激波。这种普遍的行为表明，玻姆扩散的均方根场推断，从观察可能提供一个现实的估计最大的能量加速时间尺度在年轻的超新星遗迹。尽管是无序的，但磁场不是自相似的，这表明前体中高能粒子传输的非均匀能量依赖行为。讨论了宇宙射线驱动的磁场放大的可能间接辐射特征。
2013-01-14 astro-ph.HE
The Relation Between Escape and Scattering Times of Energetic Particles in a Turbulent Magnetized Plasma: Application to Solar Flares
粒子从许多空间和天体物理源的加速区逃逸时间的知识是至关重要的，在分析这些粒子产生的发射信号，并在工作中的加速和运输机制的确定。本文解决了这个一般性的问题，特别是在太阳耀斑，除了散射湍流，从加速区域朝向其边界的磁场收敛也影响粒子逃逸。基于Malyshkin和Kulsrud（2001）的工作，我们测试了逃逸和散射时间之间的（近似）解析关系，以及场收敛速率，对于强扩散和弱扩散极限以及注入粒子的各向同性俯仰角分布都有效，具有粒子传输的数值模型。为此，动力学福克-普朗克传输模型的颗粒求解与随机微分方程计划假设不同的初始俯仰角分布。这种方法可以进一步深入了解运输过程的相空间动力学，否则将无法访问。我们发现，在各向同性情况下，数值结果与解析方程基本一致，而在弱扩散区，特别是沿磁场线分布时，数值结果与解析方程有很大差异。这些结果对于解释太阳耀斑和其他类似的空间和天体物理加速场高能粒子的观测结果以及确定福克-普朗克型动力学方程中常用的加速-传输系数具有重要意义。
2018-10-24 astro-ph.HE physics.space-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
PeV particle acceleration and non-thermal emission in the `minimalist' model of the extended jets in W50/SS433
针对W50/SS433延展喷流，提出“极简”模型，通过再准直激波加速粒子至PeV能量，解释偏振X射线及甚高能辐射，效率超10%。
2025-09-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
