FRB 20200428 and potentially associated hard X-ray bursts: Maser emission and synchrotron radiation of electrons in a weakly magnetized plasma?
本文提出用弱磁化相对论等离子体团块中的同步脉泽辐射和电子同步辐射统一解释 FRB 20200428 与 SGR 1935+2154 硬 X 射线暴的关联，并通过蒙特卡罗模拟约束团块参数、复现观测谱。
2025-08-26 astro-ph.HE
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
Hierarchy of instabilities for two counter-streaming magnetized pair beams: influence of field obliquity
最近研究了两个逆流对等离子体在流动对齐磁场上相互作用时的不稳定模式的层次[PoP \textbf{23}，062122（2016）]。这里的分析扩展到任意倾斜的磁场的情况。这两个等离子体壳最初是冷的和相同的。对于场和初始流之间的任何角度$θ\in [0,π/2]$，不稳定模式的层次是根据壳层的初始洛伦兹因子$γ_0$和由表示为$σ$的参数测量的场强来数值确定的。对于$θ=0$，四种不同的模式可能导致线性相位。对于较大的$θ$，该层次结构简化了，部分原因是在这种状态下韦伯不稳定性不再能被取消。对于$θ>0.78$（44 $^\circ$）和相对论区域，韦伯不稳定性总是支配相互作用。在非相对论区域，由于相互作用变为场无关，所以体系变为$θ$无关。结果，双流不稳定性成为占主导地位的一个，而不管场的不稳定性。
2017-05-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Internal instabilities in magnetized jets
我们进行了广泛的线性稳定性分析的磁化圆柱射流在全球范围内。在通常援引的无力限制，我们专注于小规模的，内部的不稳定性触发的射流占主导地位的环形磁场，具有弱的垂直场和有限的热压力梯度的区域。这些区域很可能发生在远离喷流源和边界的地方，是磁能量耗散的潜在场所，这对于解释天体物理喷流中观察到的粒子加速和辐射至关重要。我们验证了Begelman的局部稳定性分析，通过验证最不稳定的模式的本征函数是径向本地化。这一发现使我们能够提出一个通用的稳定性标准中存在的弱垂直场。由于不稳定的热压力梯度和稳定的磁压力梯度之间的竞争，具有径向梯度的更强的垂直场使稳定性判据复杂化。尽管如此，我们认为，射流内部一般应受到快速增长，小规模的不稳定性，能够产生电流片，导致耗散。我们确定了一些新的不稳定性，而不是预测的本地分析，这是敏感的背景径向配置文件，但有较小的增长率比本地的不稳定性，并讨论我们的工作的相关性，最近的数值射流模拟的结果。
2018-10-03 astro-ph.HE
Buoyancy Instabilities in Degenerate, Collisional, Magnetized Plasmas
在低碰撞等离子体中，由于磁场的各向异性热传导导致任何非零温度梯度的浮力不稳定性。我们研究了简并{ \it碰撞}等离子体中类似的不稳定性，即，当电子碰撞频率比电子回旋频率大时。虽然热传导在这个极限下几乎是各向同性的，但是小的残余各向异性确保了碰撞简并等离子体也是对流不稳定的，与温度梯度的符号无关。我们发现，不稳定的波长范围是独立的磁场强度，而生长时间随磁场强度降低而增加。我们讨论了这些碰撞浮力不稳定性在白矮星和中子星中的应用。简并等离子体的磁张力和低比热极大地限制了它们的有效性;最有希望的生长场所是年轻的弱磁化中子星（$B \lesssim 10^9$ G）的液体海洋和年轻的高磁场白矮星（$B \sim 10^9$ G）的核心。
2009-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Spectral and Polarization Properties of Coherent Radio Emission from Relativistic Magnetized Pair Plasma Shocks
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本研究通过三维粒子模拟揭示相对论磁化激波同步加速器脉泽辐射的光谱带宽与高线偏振特性，为区分非重复快速射电暴的辐射机制提供可检验特征。
2026-09-28 astro-ph.HE
Kinetic Simulations of Instabilities and Particle Acceleration in Cylindrical Magnetized Relativistic Jets
相对论磁化喷流，如来自AGN，GRB和XRB的喷流，容易受到电流和压力驱动的MHD不稳定性的影响，这些不稳定性会导致粒子加速和非热辐射。在这里，我们调查这些不稳定性的发展，通过三维动力学模拟的圆柱对称平衡，涉及环形磁场与电子-正电子对等离子体。推广Alves等人（2018）和Davelaar等人（2020）的最新治疗，我们考虑了一系列初始结构，其中环形磁场引起的力通过轴向磁场和气体压力引起的力的组合来平衡。我们认为，Alves等人（2018）确定的粒子能量极限是由于快速磁耗散阶段的有限持续时间。我们发现平行于局部磁场的电场在粒子加速中的作用相当小。在所有调查的情况下，扭结模式出现在中央核心区域的增长时间尺度与线性MHD模型的预测一致。在气体压力平衡（Z箍缩）的情况下，我们确定了一个弱的本地箍缩模式以及射流核心之外。我们认为，压力驱动模式是重要的相对论射流，在区域内，足够的气体压力是由其他耗散机制。
2022-05-06 astro-ph.HE
Mildly relativistic magnetized shocks in electron-ion plasmas I. Electromagnetic shock structure
磁化电子离子等离子体中的温和相对论冲击的研究与二维动力学粒子在细胞模拟前所未有的高分辨率和大规模的条件下，可能会发现在blazar核心的内部冲击。离子尺度效应引起激波表面的波纹，其性质在一定程度上取决于平均垂直磁场的结构，即在模拟平面内或在模拟平面外。我们发现，同步脉泽不稳定性持续操作在温和的相对论冲击与理论预测一致，并产生相干发射的上游传播的电磁波。激波阵面波纹在两种平均场结构中都被激发，并产生有效的波放大。这些波与上游等离子体的相互作用产生静电尾场。
2020-12-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical Investigation of Instabilities in Over-pressured Magnetized Relativistic Jets
本研究通过三维相对论性磁流体动力学模拟，探究带螺旋磁场的超压相对论喷流不稳定性，发现磁螺距减小会削弱瑞利-泰勒不稳定性但激发CD扭结不稳定性，可定性解释BL Lac的准周期振荡。
2024-11-26 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
Laser astrophysics experiment on the amplification of magnetic fields by shock-induced interfacial instabilities
激光实验正在成为天文学研究的一种新工具，补充了观测和理论建模。在超新星爆炸的冲击波阵面上观测到局部强磁场。实验证实和识别的物理机制，这一观测是非常重要的理解的星际介质的演变。然而，在实验室中处理流体动力学不稳定性与环境磁场之间的相互作用一直是具有挑战性的。在这里，我们开发了一个实验平台来研究磁化Richtmyer-Meshkov不稳定性（RMI）。测得的生长速度与线性理论一致，磁场放大与RMI生长相关。我们的实验首次在天体物理条件下验证了与激波诱导界面不稳定性相关的磁场湍流放大现象。磁化等离子体中基本过程的实验解释在各种情况下，如聚变等离子体和行星科学中通常是必不可少的。
2021-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetofluid dynamics of magnetized cosmic plasma: firehose and gyrothermal instabilities
磁化弱碰撞宇宙等离子体的全球动力学和湍流描述的一般磁流体方程，包含压力各向异性和热通量，必须从微观等离子体动力学理论计算。它表明，即使没有详细的计算的压力各向异性或热通量，人们发现宏观尺度的动力学是一般不稳定的微尺度Alfvenically极化波动。两个不稳定性被认为是详细的：平行消防水龙带不稳定性（包括有限拉莫尔半径的影响，确定最快的增长模式）和gyrotothermal不稳定性（GTI）。后者是一个新的结果-它表明，平行的离子热通量不稳定Alfvenically极化波动，即使在没有所需的消防水管的负压各向异性。主要结论是，压力各向异性和热通量触发等离子体微不稳定性，因此，它们的值将可能由这些不稳定性的非线性演化。理解这种非线性演化的想法进行了讨论。认为宇宙等离子体一般是“三尺度系统”，包括全球动力学、中尺度湍流和微尺度等离子体涨落。天体物理学的例子被认为是冷核心的星系团，它是注意到，观察点在集群中的湍流是在一个边缘状态相对于等离子体微不稳定性，所以它是等离子体微物理学，是可能设置的加热和传导性能的内集群介质。特别是，推导出GTI所隐含的温度波动的规模上的下限。
2010-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Instability in strongly magnetized accretion discs: A global perspective
我们研究强磁化吸积盘在全球范围内的性能，特别侧重于磁流体动力学不稳定性，如磁旋转不稳定性（MRI）的演变。Pessah和Psaltis的工作表明，MRI在可压缩、差动旋转流中超过临界环向场是稳定的，并且还报告了在该场之外出现的两种新的不稳定性。他们的结果源于考虑由于超热背景环向场的几何曲率效应，这在弱场研究中以前被忽略了。然而，他们的计算是在局部近似下进行的，由于在局部框架中引入了全局几何项，因此存在引入虚假行为的危险。为了避免这种情况，我们进行了整体特征值分析的线性磁流体方程在圆柱几何。我们证实，MRI确实倾向于高度抑制时，背景环向场达到Pessah-Psaltis限制。我们还观察到两个新的不稳定性，出现在存在高度超热环形场的外观。这些结果还验证了PLUTO中的数值模拟。然而，局部和全局结果之间存在一定的差异，特别是在各种不稳定性的垂直波数方面，我们将详细讨论。我们还研究了最不稳定的模式在超热制度，这是不可访问的本地分析的全球本征函数。总的来说，我们的研究结果强调了全球治疗的必要性，准确建模强磁化吸积盘。
2017-09-26 astro-ph.HE
Auroral Kilometric Radiation -- the Electron Cyclotron Maser Paradigm
极光千米辐射（AKR）是来自行星磁层的强射电辐射的范例。它的观测结果接近电子陀螺频率和/或其低次谐波，表明源等离子体的非热状态。当等离子体进入高能激发状态时产生发射，这导致电子分布函数的变形。在某些条件下，这导致"准相干"发射。我们认为，弱相对论性电子回旋脉塞不稳定性是产生这种辐射的原因。由于大力无线电辐射通常不是{主要}的重要性，在大尺度磁层现象，AKR等，为大尺度磁层物理学的目的，成为被认为是一个边缘问题。在这里，这一概念受到质疑。AKR虽然主要在磁层扰动时期应用于极光区，但只携带总亚暴能量的一小部分。然而，它在极光电离层上层物理学和空间天气研究中具有诊断能力。作为非热等离子体中辐射产生的基本物理问题，它仍然没有得到解决。即使只研究电子回旋脉塞，许多问题仍然悬而未决。在磁层中，通过观测和理论都可以很好地研究这些现象，因为磁层是空间中唯一可以连续进入的地方。最重要的是在这里没有暗示他们应该如何被攻击。它的价值在于它在应用于其他磁化行星、太阳系外行星和强磁化天体时所应发挥的作用，它是一种重要的工具，可以诊断在热、冲击或同步辐射之外的射频范围内产生辐射的物质状态。
2023-02-05 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Absolute stability of axisymmetric perturbations in strongly-magnetized collisionless axisymmetric accretion disk plasmas
在天体物理学的吸积盘中，驱动吸积流的物理机制通常被认为与等离子体不稳定性和湍流的发展有关。因此，一个关键的问题是一致的平衡配置的吸积盘等离子体的测定和调查其稳定性。在无碰撞等离子体的情况下，动力学理论提供了适当的理论框架。本文给出了非相对论性强磁化引力束缚轴对称吸积盘等离子体中低频和长波轴对称电磁扰动的动力学描述。的分析，进行的框架内的弗拉索夫-麦克斯韦描述，依赖于固定的动力学解决方案的弗拉索夫方程，允许同时处理的非均匀流体场，固定吸积流和温度各向异性。结果表明，对于这样的解决方案，没有轴对称不稳定扰动可以存在发生在特征时间和空间尺度上，这是长的拉莫尔回转时间和半径相比。因此，这些静止的构形实际上是稳定的，不受这种类型的轴对称动力学不稳定性的影响.作为一个基本的结果，这排除了在这些系统中出现轴对称磁旋转或热不稳定性的可能性。
2012-01-09 astro-ph.HE
Nonrelativistic parallel shocks in unmagnetized and weakly magnetized plasmas
我们提出的2D3V粒子在细胞模拟的非相对论性等离子体碰撞与不存在或平行的大规模磁场的参数适用于年轻的超新星遗迹的条件。我们研究了不同密度的等离子体板的碰撞，导致两个不同的冲击和接触不连续性。电子动力学在系统的发展过程中起着重要的作用。虽然非相对论性冲击在未磁化和磁化等离子体中都可以由韦伯型不稳定性介导，但当存在大尺度磁场时，冲击形成过程的效率更高。正向和反向冲击下游的电子分布通常是各向同性的，而离子的情况并非总是如此。我们没有看到任何显著的证据，无论是在电子人口，也不是在离子分布的预加速。
2012-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Polarization Signatures of Kink Instabilities in the Blazar Emission Region from Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations
在载流磁化等离子体射流中可能发生扭结不稳定性。最近对耀变体辐射和偏振特征的观测表明，耀变体辐射区可能具有相当大的磁化强度。虽然已经用第一原理磁流体动力学（MHD）模拟研究了扭结不稳定性，但尚未研究相应的随时间变化的辐射和偏振特征。在本文中，我们进行全面的偏振相关辐射模拟的基础上相对论MHD（RMHD）模拟的耀变体发射区的扭结不稳定性。我们发现，扭结不稳定性可能会导致强烈的耀斑与偏振角（PA）摆动或弱耀斑与偏振波动，这取决于初始的磁拓扑结构和磁化。这些发现与观察结果一致。与激波模型相比，扭结模型产生的极化特征与一般的极化观测结果更吻合。因此，我们认为扭结不稳定性可能广泛存在于喷流环境中，并提供了一种有效的方式来转换磁能，产生多波长耀斑和偏振变化。
2016-12-12 astro-ph.HE
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Shock-powered radio precursors of neutron star mergers from accelerating relativistic binary winds
在紧凑物体合并的最后阶段，如果至少有一个二元组成部分是磁化的中子星（NS），那么它的轨道运动会大大扩大NS的开放磁通量-因此增加其风光度-相对于孤立的脉冲星。由于引力辐射，双星轨道收缩，这种双星诱导的内旋风的功率和速度可能（取决于对负载）长期增加，导致自相互作用和内部冲击的流出超出双星轨道。磁化的前向激波可以通过同步脉泽过程产生相干射电辐射，从而产生可观测到的双星NS合并的射电前兆。我们进行一维相对论流体动力学模拟激波相互作用的加速二进制NS风，假设螺旋风有效地将其坡印亭通量转化为散装动能之前的激波半径。这与粒子模拟的激波脉泽光谱相结合，产生合成的射电光变曲线。在$\sim$ GHz频率下，对于$\sim3$ Gpc（$B_{\rm d}/10^{12}$ G）$^{8/9}$的源，在合并后，通量为$\sim1$ Jy $\cdot$ ms的前兆爆发持续$\sim 1-500$ ms，其中$B_{\rm d}$是更强磁化恒星的偶极场强度。给定沿双星赤道线集中的外流几何形状，对于高倾角系统，即那些最不可能产生可探测的伽马射线暴的系统，信号可能优先被观测到。
2021-01-18 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Wave dispersion in pulsar plasma: 3. Beam-driven instabilities
假设背景等离子体和束流都是相对论性的Jüttner分布，考虑了脉冲星等离子体中束流驱动的不稳定性。在背景的静止坐标系中，唯一能满足共振条件的波是在一个微小的略低于光速的相速度范围内。的增长率的动力学（或微波激射器）版本的弱光束不稳定性是远远小于已被估计为相对论流高斯分布，并讨论了其原因。反应型弱束不稳定性的增长率按常规方法处理。将所得结果与精确计算结果进行了比较，发现近似解与精确解并不一致。我们的结论是，合理的参数，有没有反应版本的不稳定性。脉冲星坐标系中的增长率比背景等离子体的静止坐标系中的增长率小一个因子$2γ_{\rm s}$，其中$γ_{\rm s} = 10^2 {\rm -} 10^3$是背景等离子体的体运动的洛伦兹因子，这进一步限制了有效波的增长。基于这些结果，我们认为，束驱动波的增长可能在脉冲星射电辐射中没有作用。
2019-06-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
One-dimensional PIC Simulation of Induced Compton Scattering in Magnetized Electron-Positron Pair Plasma
Center for Gravitational Physics and Quantum Information, Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所引力物理与量子信息中心）；Department of Physics, Kyoto University（京都大学物理学系）；Graduate School of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息学研究）
该研究通过一维PIC模拟揭示了磁化电子-正子对等离子体中诱导康普顿散射的线性增长特性，为快速射电暴和激光-等离子体实验提供了理论基础。
2026-01-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
General-relativistic resistive-magnetohydrodynamics simulations of self-consistent magnetized rotating neutron stars
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校超级计算应用国家中心）；Academy of Athens（雅典科学院）；Universitat de Valéncia（瓦伦西亚大学）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；University of the Ryukyus（冲绳大学）
研究电阻对中子星动态演化及准平衡态的影响，揭示电阻对磁流体不稳定性发展和引力波幅度的抑制作用。
2025-02-20 astro-ph.HE gr-qc
Electron-scale Kelvin-Helmholtz instability in magnetized shear flows
该研究针对相对论区域磁化环境下电子尺度开尔文-亥姆霍兹不稳定性（ESKHI）的解析色散关系缺失问题，推导了广义色散关系并计算增长率，通过PIC模拟验证了磁场对ESKHI增长率、波数等的调控作用及对直流磁场生成的抑制效应。
2025-02-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Evolution of current and pressure driven instabilities in relativistic jets
本文通过三维数值模拟和线性稳定性分析，研究了相对论性磁化喷流中电流驱动与压力驱动不稳定性的演化，发现压力驱动不稳定性增长率更大、演化更快，且耗散更强。
2024-07-22 astro-ph.HE
Dissipation and particle acceleration in astrophysical jets with velocity and magnetic shear: Interaction of Kelvin-Helmholtz and Drift-Kink Instabilities
通过二维PIC模拟研究相对论对等离子体中KH与DK不稳定性的耦合，发现其破坏猫眼涡旋、增强耗散并驱动高效非热粒子加速。
2025-01-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Suppression of inverse magnetic energy transfer in collisionless marginally magnetized plasmas
本研究通过模拟与理论分析发现，无碰撞等离子体中压力各向异性驱动的不稳定性会抑制磁能逆传输，该过程受磁化程度影响，为理解宇宙磁生成中种子磁场的演化提供了动力学机制解释。
2025-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Linear and nonlinear evolution of current-carrying highly magnetized jets
通过高分辨率的三维数值模拟，研究了周期性结构中载流射流的线性和非线性演化。所考虑的射流被强烈磁化，具有可变的螺距轮廓，并且最初在无力磁场的作用下处于平衡状态。电流驱动（CDI）和开尔文-亥姆霍兹（KHI）不稳定性的增长是量化使用三个选定的情况下，对应于静态，Alfvenic和超Alfvenic射流。在早期阶段，我们观察到大规模的螺旋变形的射流对应的初始激发的CDI模式的增长。我们的模拟结果和线性理论得到的分析增长率之间的直接比较显示出良好的协议的条件下，采用高分辨率和精确的离散算法。初始线性阶段后，射流结构显着改变，而缓慢移动的射流显示出越来越多的螺旋变形，更大的速度剪切剧烈破坏的几个阿尔芬交叉时间留下的湍流结构。总的来说，动能和磁能迅速消散为热量，在饱和状态下，射流动量在较大的表面积上重新分布，大部分射流质量以较小的速度行进。这个过程的有效性是由发生在射流/环境界面处的KHI不稳定性的开始来调节的，并且可以对剧烈的射流制动和夹带负责。
2014-07-08 astro-ph.HE
Safety first: Stability and dissipation of line-tied force-free flux tubes in magnetized coronae
本文通过线性分析和含时无力电动力学模拟，研究线系无力磁通管在不同扭转量下的稳定性与能量耗散，发现安全因子q≤1时扭曲模主导耗散，并给出增长率与特征螺距的标度关系及其对磁星磁层耗散的影响。
2024-05-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A model for fast extragalactic radio bursts
最近在1 GHz波段发现了毫秒级的脉冲串。有一个强有力的证据表明，它们来自$\sim 1 $ Gpc距离，这意味着非常高的亮度温度。我建议，这些爆发可以归因于同步脉泽发射相对论，磁化冲击。在磁星耀斑开始时，形成了一个强磁化脉冲，它通过相对论性磁星风传播出去，最终到达周围介质中被风膨胀的星云。我表明，所观察到的无线电爆发可以产生的冲击形成的相互作用的磁脉冲与星云内的等离子体。该模型预测了TeV波段的强烈毫秒级爆发，甚至可以从遥远的星系中观察到。
2014-01-26 astro-ph.HE
Bridging Simulations of Kink Instability in Relativistic Magnetized Jets with Radio Emission and Polarisation
本研究通过3D RMHD模拟旋转喷流，揭示了电流驱动和扭曲不稳定性在形成射电星系复杂形态中的作用，并利用合成同步辐射和偏振图，成功解释了MysTail的观测特征。
2024-09-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
On electromagnetic instabilities at ultra-relativistic shock waves
本文讨论了相对论激波前兆通过微观不稳定性产生磁场的问题。上游等离子体的磁化水平是一个关键参数，特别是因为冲击前兆的长度尺度受到背景磁场中加速粒子的拉莫尔旋转和冲击波速度的限制。本文详细讨论和计算了由加速粒子和反射粒子布居所引起的下列束等离子体不稳定性的增长率：对于非磁化激波，韦伯不稳定性和折射不稳定性，以及切伦科夫共振纵模和斜模;对于磁化激波，具有纵向静电模的韦伯不稳定性和共振切伦科夫不稳定性，以及阿尔芬不稳定性，耳语和非凡模式。所有这些不稳定性都是在上游产生的，然后它们被传递到下游。由切伦科夫共振不稳定性激发的模式对于下游介质的磁化具有特别重要的意义，因为作为等离子体本征模式，它们具有比韦伯模式更长的寿命。我们讨论的主要限制波的增长与长度的前体和上游介质的磁化倾斜和平行的冲击波。我们还刻画了获得费米加速的适当条件。我们恢复了最近的粒子模拟的一些结果，并得出结论与天体物理的情况下，特别是脉冲星风和伽马射线暴外部冲击波的一些应用。（节录）
2009-09-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the Linear Stability of Magnetized Jets Without Current Sheets - Relativistic Case
在我们以前的论文中，我们考虑了边界上没有电流片的磁化射流的非相对论线性稳定性分析。在本文中，我们扩展我们的分析相对论射流。为了寻找无电流片磁化相对论喷流的不稳定模式，我们将完全相对论磁流体力学方程线性化并数值求解。得到了箍缩模和扭结模不稳定性的色散关系。通过比较弱相对论性喷流（洛仑兹因子2）和中等相对论性喷流（洛伦兹因子10）的色散关系，发现具有较高洛伦兹因子的射流在收缩和扭结模式下的稳定性都显著提高。我们表明，列入目前的无片磁场在射流中进一步提高了稳定性。随着磁化强度的增加，箍缩和扭结模式的不稳定性逐渐变得更加稳定。我们还显示了不稳定模式的最大时间增长率和射流的洛伦兹因子之间的标度关系。对于我们研究的大多数模式，不稳定模式的最大时间增长率与洛伦兹因子成反比。然而，对于基本箍缩模式，它与洛伦兹因子的平方成反比。无论是否存在磁场，这种非常有益的比例关系都成立。
2017-02-13 astro-ph.HE gr-qc
Current-driven filamentation upstream of magnetized relativistic collisionless shocks
相对论性无碰撞激波的不稳定性物理在高能天体物理学中具有广泛的重要性，因为这些不稳定性建立了激波，控制了粒子加速过程，并产生了加速粒子辐射的磁场。两个关键参数控制着这些冲击的微观物理：环境介质的磁化和冲击波阵面的洛伦兹因子;到目前为止，这些参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报告了一种新的不稳定性上游的电子-正电子相对论冲击，我们认为，这种不稳定性形状的微观物理在中等磁化水平和/或大洛伦兹因子。这种不稳定性是由激波前兆中的加速粒子在背景磁场周围旋转时携带的电流引起的。在背景等离子体中感应的补偿电流导致不稳定的配置，带有电荷中性丝的外观携带相同极性的电流，沿着垂直电流取向。这种“电流驱动的细丝”不稳定性的增长速度比迄今为止研究的相对论冲击上游的任何其他不稳定性都要快，其增长率与等离子体频率相当。此外，电流的补偿与环境等离子体在其穿透冲击前兆时的减速相关联（如在冲击静止帧中所观察到的）。等离子体的这种减速意味着，只要磁化强度σ<~ 10^{-2}，"电流驱动的丝状体“不稳定性可以随着冲击洛伦兹因子的任何值而增长。我们认为，这种不稳定性解释了最近的粒子在细胞模拟的结果在轻度磁化制度。
2014-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fast radio bursts as synchrotron maser emission from decelerating relativistic blast waves
快速射电暴（FRB）可以产生于超相对论磁化激波的同步脉泽辐射，如年轻磁星的耀斑喷出物。我们结合PIC模拟结果的同步脉泽的自相似冲击减速的动力学，通常适用于伽玛暴，探索FRB排放的影响。我们假设超相对论喷出物碰撞的上游环境是一个温和的相对论重子加载壳释放后，以前的耀斑，高电子离子注入率Mdot ~ 1 e19 - 1 e21 g/s需要在更大的尺度上的动力持久的射电星云与重复爆发FRB 121102和它的高推断旋转措施相一致。一旦激波前面的光学深度到诱导康普顿散射降低到<~几个，观测到的无线电通量峰值，这是一个将GHz观测器置于微波激射器SED高频尾部的条件。给定离子壳层喷射事件之间的间隔~ 1 e5 s类似于FRB 121102最强大的爆发的发生率，我们证明了FRB的产生频率~ 0.1-10 GHz，各向同性辐射能量~ 1 e37 - 1 e40 erg和持续时间~0.1-10 ms的能量~ 1 e43 - 1 e45 erg的耀斑。冲击波的减速和上游介质的透明度增加，产生峰值频率的时间衰减，类似于在FRB 121102和FRB 180814.J0422+73的子突发中看到的向下漂移。为清除发动机周围FRB排放的足够低的密度所需的主要离子注入事件之间的延迟>~ 1 e5 s可以解释延长的“黑暗”期和聚集的爆发到达时间，并导致分散测量的随机变化。在冲击波加热的热电子在伽马射线（X射线…
2019-03-12 astro-ph.HE
Linear Stability Analysis of Relativistic Magnetized Jets: Methodology
本文提出了一种线性稳定性分析方法，通过扰动圆柱轴对称稳态喷流并线性化相对论性理想MHD方程，推导色散关系以计算不稳定性增长率，并应用WKBJ近似及给出特定子情形的解析解。
2023-08-30 astro-ph.HE
The structure of weakly-magnetized $ γ$-ray burst jets
伽马射线暴（GRB）喷流与密集介质的相互作用促进了沿喷流边界的局部流体动力学不稳定性的增长。在配套文件中，我们研究了流体动力学（未磁化）射流的演变，发现射流茧材料的混合会产生一个界面层，称为射流茧界面（JCI），它包含了系统能量的一个重要部分。我们发现，角结构的射流+ JCI，当他们达到同源相，可以近似为一个扁平的核心（射流）+幂律函数（JCI）的指数，取决于混合的程度。在本文中，我们研究了次优势的环形磁场对射流的演变和形态的影响。我们发现弱场可以稳定喷流以对抗局部不稳定性。混合的抑制减小了JCI，从而重塑了射流的爆发后结构。尽管如此，外流的整体形状仍然可以近似为一个扁平的核心+幂律函数，虽然JCI幂律衰减更陡峭。在长的伽玛暴射流中，弱场的影响更为突出，在那里，流体动力射流中的混合更强。在短的伽玛暴喷流中，弱磁化喷流和非磁化喷流都存在小的混合。这一结果影响了预期的射流发射，这是由射流的形态。因此，长伽玛暴的瞬发和余辉观测可以作为对喷注底部磁性的探测。
2020-08-19 astro-ph.HE
The Spin Evolution of Fast-Rotating, Magnetized Super-Chandrasekhar White Dwarfs in the Aftermath of White Dwarf Mergers
两颗白矮星合并后残留物的演化至今仍是一个悬而未决的问题。此外，很少有研究讨论残骸是质量大于钱德拉塞卡极限质量的磁性白矮星的情况。角动量的损失可能会使合并的残余物达到适合发展热核爆炸的物理条件。或者，残余物可能倾向于重力或旋转不稳定性，这取决于合并后达到的初始条件。偶极磁制动是可以驱动这种角动量损失的机制之一。然而，这些损耗发生的时间尺度取决于几个参数，如磁场的强度。此外，合并留下了一个环绕的开普勒圆盘，可以被新形成的白矮星吸积。在这里，我们计算合并后的超磁白矮星磁化的演变，考虑到所有相关的物理过程。这些包括作用在恒星上的磁力矩，开普勒盘的吸积，穿过盘的磁场线，以及白矮星核心的热演化。我们发现，中央残留物可以达到适合发展热核爆炸的条件之前，其他不稳定性（如逆β衰变不稳定性或长期轴对称不稳定性）达到，这反而会导致引力坍缩的磁化残留物。
2018-04-04 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Dynamics of a relativistic jet through magnetized media
两颗中子星（NS）的合并会产生引力波的发射，形成一个被密集和磁化环境包围的致密物体，并发射准直和相对论性喷流，最终产生短的伽马射线暴（SGRB）。喷流与环境的相互作用已被证明在塑造最终为伽马射线发射提供动力的外流结构方面发挥着重要作用。在本文中，我们提出了一组2.5维RMHD模拟，遵循相对论性非磁化射流通过具有不同磁化水平的介质的演变，作为合并后产生的两个NS。我们发现，磁化的环境介质的主要后果是，抑制射流内的不稳定性，并防止形成一系列的准直冲击。这意味着内部激波会失去效率，导致低光度的瞬发爆发。另一方面，射流头速度和射流内的感生磁化强度与周围介质的磁化强度相当独立。为了更好地理解磁化介质的作用，未来有必要进行更大范围的数值研究，以获得光变曲线和光谱。
2022-10-27 astro-ph.HE
How do recollimation-induced instabilities shape the propagation of hydrodynamic relativistic jets?
Università dell’Insubria（因苏布里亚大学）；INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所都灵天文台）；INAF – Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）；Yale University（耶鲁大学）
本研究通过三维相对论流体动力学模拟，揭示了再收缩诱导的不稳定性对喷流传播的影响，发现这些不稳定性会减缓喷流、加热并引入外部物质，为理解AGN喷流的复杂过程提供了新视角。
2025-09-16 astro-ph.HE
Repeating fast radio bursts from synchrotron maser radiation in localized plasma blobs: Application to FRB 20121102A
本文提出相对论性弱磁化等离子体局域团块中的同步脉泽模型，解释重复 FRB 的窄带谱，并成功再现 FRB 20121102A 的峰值频率与能量分布。
2025-02-16 astro-ph.HE
Numerical study of Kelvin-Helmholtz instability and its impact on synthetic emission from magnetized jets
活动星系核喷流的非热辐射虽然具有磁流体动力学不稳定性，但其非热辐射的尺度却很大。本研究的主要目的是了解MHD不稳定性对大尺度活动星系核喷流非热辐射的影响。我们对等离子体柱进行了高分辨率三维数值磁流体动力学模拟，以研究具有不同磁场分布、喷流速度和密度对比度的千秒差距尺度下喷流配置的动力学和发射特性。我们还获得了合成的非热发射签名不同的视角使用的方法，假设静态粒子光谱和通过使用拉格朗日宏观粒子结合冲击加速和辐射损失的影响，通过不断发展的粒子光谱。我们发现轴向磁场位形中的Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性引起的激波对射流动力学有很强的影响。此外，我们还发现在欠密喷流柱中存在弱的双锥激波。螺旋磁场的引入阻碍了剪切表面处的涡流增长，从而稳定了射流柱。随着不断发展的粒子谱的方法，合成的SEDs的情况下，具有较强的KH不稳定性显示存在多个驼峰，从无线电到TeV的伽马射线带。我们的结论是，由于KH不稳定性，高能电子在新形成的冲击附近加速，导致高X射线发射。
2021-03-11 astro-ph.HE
Local Simulations of Instabilities in Relativistic Jets I: Morphology and Energetics of the Current-Driven Instability
我们提出的磁化射流中电流驱动的不稳定性的数值研究结果。利用久经考验的，相对论磁流体动力学代码雅典娜，我们构建了一个合奏的本地，共同移动的等离子体柱，其中初始径向力平衡是通过各种组合的磁性，压力和旋转力。然后，我们检查所产生的流动形态和能量，以确定这些系统被破坏的程度，达到的动能放大的量，和非线性饱和行为。我们最重要的发现是，初始力平衡的细节产生的流动形态有显着的影响。初始磁场为无力的模型会变形，但不会被破坏。然而，通过平衡压力梯度和/或旋转对抗磁力来实现初始平衡的系统倾向于破碎、混合并产生湍流。在所有情况下，电流驱动的不稳定性的线性增长是很好的代表分析模型。CDI驱动的动能放大在无力模型中比在具有压力梯度和/或旋转的模型中更慢并且在更低值处饱和。在旋转柱，我们发现，磁化区域进行旋转剪切驱动之间的动能和磁能均分。我们表明，这些结果是适用于各种各样的物理参数，但我们警告说，算法的决定（如选择黎曼求解器）可以影响这些系统的演变比物理参数。
2012-02-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
Kink Instabilities In Relativistic Jets Can Drive Quasi-Periodic Radiation Signatures
相对论喷流是从吸积黑洞中产生的高度准直的等离子体流出。它们以大量的磁能发射，这些磁能可以被耗散以加速非热粒子，并在更大的尺度上产生电磁辐射。扭结不稳定性是触发射流磁能耗散的有效机制。虽然以前的工作已经研究了相对论射流中扭结不稳定性增长所需的条件，但这些不稳定性的辐射特征尚未详细研究。在本文中，我们的目标是自洽地研究相对论喷流中扭结不稳定性的辐射和偏振特征。我们结合大规模的相对论磁流体动力学（RMHD）模拟与极化辐射传输的磁化射流，出现从中央发动机和传播通过周围的介质。我们观察到，在射流的中央脊柱的局部区域表现出最强的扭结不稳定性，我们确定为射流发射区。非常有趣的是，我们发现准周期振荡（QPO）签名的光曲线从发射区。此外，偏振度似乎是反相关的耀斑的光变曲线。我们的分析表明，这些QPO签名本质上是由扭结不稳定性，其中的QPO的周期与扭结增长的时间尺度。后者对应于耀变体中数周至数月的QPO。偏振签名提供了独特的诊断QPO驱动的扭结不稳定性。
2020-03-17 astro-ph.HE
Current driven kink instabilities in relativistic jets: dissipation properties
我们分析了高磁化相对论性等离子体柱的电流驱动扭结不稳定性的演化，特别关注其耗散特性。不稳定性的演变导致薄电流片的形成，其中磁能被耗散。我们发现耗散磁能的总量与耗散性质无关。耗散发生在两个阶段：峰值时的不稳定性饱和，其特征在于由一个螺旋形的电流片在变形的等离子体柱的边界处的形成，其次是一个较弱的几乎平坦的阶段，其中湍流的发展。这两个相的详细性质取决于平衡配置和其它参数，特别是取决于节距径向轮廓的陡度、取决于外部轴向磁场的存在以及取决于磁化量。这些结果与高能天体物理源相关，因为电流片可以是磁重联的位置，在那里粒子可以被加速到相对论能量并产生观测到的辐射。
2021-11-29 astro-ph.HE
Parallel Collisionless Shocks in strongly Magnetized Electron-Ion Plasma. I. Temperature anisotropies
本研究利用PIC模拟探究强磁化等离子体中平行无碰撞电子-离子激波的特性，揭示了不同磁化强度下激波的压缩比、不稳定性、粒子加速及温度演化规律，明确其与标准MHD行为的偏差。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Non-axisymmetric instabilities of neutron star with toroidal magnetic fields
本文的目的是阐明具有强环向磁场的中子星在非轴对称扰动下的稳定性。其动机来自于这样一个事实，即$\sim 10^{15}$ G的超磁化中子星、磁星和在磁驱动超新星之后诞生的磁化原中子星很可能具有如此强的环形磁场。长期，三维广义相对论磁流体动力学模拟进行，准备等熵中子星与环形磁场在平衡作为初始条件。为了探索旋转对稳定性的影响，对非旋转和刚性旋转模型进行了模拟。我们发现出现的帕克和/或泰勒不稳定性的非旋转和旋转模型。对于非旋转和旋转模型，帕克不稳定性是局部线性扰动分析预测的主要不稳定性。在旋转模型中也出现了交换不稳定性。结果表明，快速旋转不足以抑制Parker不稳定性，这一发现不符合摄动分析。其原因是，刚性和快速旋转的恒星是边缘稳定的，因此，在恒星脉动的存在下，旋转轮廓变形，不稳定的区域与负梯度的角动量轮廓的发展。在不稳定性开始之后，湍流被激发。与轴对称情况相反，在湍流发展之后，磁场从未达到平衡态。这一结论表明，三维模拟是不可缺少的探索磁星的形成或磁星的突出活动，如巨大的耀斑。
2011-04-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
The effect of poloidal velocity shear on the local development of current-driven instabilities
通过扰动相对论磁流体动力学方程，对具有近环形磁场和光滑极向速度剪切的轴对称磁化等离子体柱进行了局部（短波长）线性稳定性分析。我们确定了两种类型的不稳定模式，我们称之为“指数”和“超稳定”，分别。指数模式存在于静态平衡中，并且它们的增长率随着速度剪切的增加而减小。超稳定模式是由速度剪切的影响，并占主导地位的指数模式足够高的剪切值。我们认为，这些局部不稳定性可以提供一个重要的能量耗散机制，在天体物理相对论喷流。在磁加速机制中自然产生的强同向速度剪切，可能在坡印廷通量主导喷流向物质主导喷流的转换、调节全球加速和准直过程以及产生观测到的耀变体和伽马射线暴的过程中起着至关重要的作用。
2012-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
Back-reaction instabilities of relativistic cosmic rays
利用多流体方法研究了背景磁场中相对论和超相对论宇宙射线作用下电子-离子等离子体的流动不稳定性。宇宙射线可以是电子也可以是离子。宇宙射线的漂移速度是沿着磁场方向的。在平衡时，考虑了背景等离子体的返回电流。平行于磁场的一维扰动被认为是。横向和纵向扰动的色散关系。结果表明，磁化宇宙射线的反反应产生了新的不稳定性，其中一个不稳定性的增长率可以接近Bell不稳定性的增长率。这些新的不稳定性可能比回旋共振不稳定性更强。对于未磁化的宇宙射线，增长率类似于贝尔增长率。我们比较了两种模型的等离子体返回电流平衡与三个和四个带电组件。这些模型之间的一些差异被证明。对于纵向扰动，在超相对论性宇宙射线的情况下，发现一个不稳定性。所得结果可用于超新星遗迹、星系团、团内介质等天体的研究，其中宇宙射线与其产生的电子-离子等离子体湍流的相互作用对宇宙射线演化具有重要意义。
2013-05-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Interface instabilities in hydrodynamic relativistic jets
相对论性喷流的动力学和观测性质都取决于它们与周围介质的相互作用。射流边界处的接触不连续性起着至关重要的作用，在存在射流准直的情况下，射流边界处的接触不连续性可能会受到瑞利-泰勒不稳定性（RTI）和里希特迈尔-梅什科夫不稳定性（RMI）的影响。在这里，我们研究这些不稳定性的演化在非磁化相对论射流使用特殊的相对论三维流体动力学模拟。我们表明，初始扰动的增长是一致的相对论RTI在射流准直区操作。与理论预期一致，RMI的贡献在准直激波下游变得重要。这两种不稳定性在激波会聚点以上达到非线性尺度，并引发强湍流，将射流与周围物质混合。我们设计了一个解析解的混合率，并表明它是敏感的外部密度梯度。我们的结果可以应用到不同类型的天体物理对象。特别是，界面不稳定性的不同贡献是一个自然的解释FR-I和FR-II radiogalgesic之间观察到的二分法。M87喷流中的快速慢化现象与观测到的密度分布一致，这与环核物质对重子的卷吸有关。在微类星体中，由界面不稳定性触发的重子负载是观测到的低洛伦兹因子的一个可能原因。我们发现，观察到的变化伽马射线暴不能来自混合驱动的界面不稳定性，可能源于发动机，这表明存在的磁场的射流。
2023-01-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
