Current sheet alignment in oblique black hole magnetospheres -- a black hole pulsar?
本研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现倾斜黑洞磁层中的电流片随时间指数对齐于赤道面，且磁重联导致磁通衰减，可能产生引力波事件的多信使电磁对应体。
2024-02-25 astro-ph.HE
Interaction of Black Hole Magnetospheres with Inclined Ambient Fields
Institute of Experimental and Theoretical Physics, Al-Farabi Kazakh National University（阿尔法拉比哈萨克国立大学实验与理论物理研究所）；Research Centre for Theoretical Physics and Astrophysics, Institute of Physics, Silesian University in Opava（俄帕瓦西里西亚大学物理学院理论物理与天体物理学研究中心）；Department of Physics, Kazakh National Women’s Teacher Training University（哈萨克斯坦国立女子师范大学物理系）
研究黑洞磁osphere与倾斜环境磁场的相互作用，发现外部磁场可抑制磁通量，影响喷流形成和熄灭机制。
2026-01-28 astro-ph.HE gr-qc
Topology of magnetars external field. I. Axially symmetric fields
越来越多的理论和观测证据表明，磁星的外部磁场可能包含一个环向分量，可能与极向分量的量级相同。这种“扭曲的磁层”被沿着闭合场线流动的电流穿过，该闭合场线可以通过共振回旋散射（RCS）与软热光子有效地相互作用。实际上，RCS谱模型在解释候选磁星、软γ射线中继器（SGR）和异常X射线源（AXP）的持续~1-10 keV辐射方面是相当成功的。此外，有人提出，在存在高度相对论性电子的情况下，相同的过程可以引起所观察到的硬X射线谱尾延伸到~200 keV。到目前为止，光谱计算一直局限于全球扭曲的偶极磁层的情况下，虽然有迹象表明，扭曲可能只限于磁层的一部分，和/或大规模的领域是更复杂的比一个简单的偶极子。本文研究了超磁化中子星的多极无力磁层。本文首先讨论了Grad-Schluter-Shafranov方程多极解的一般生成方法，并详细分析了偶极、四极和八极场。这些多极，全球扭曲领域的光谱和光变曲线，然后使用蒙特卡罗代码计算和比较与那些一个纯粹的偶极配置。最后，相位分辨光谱和能量依赖的光变曲线得到了一个简单的模型的局部剪切场面临的积分观测的AXP 1 RXS J1708-4009和4U 0142+61。结果支持的图片，在这两个来源的领域是不是全球扭曲。
2009-02-04 astro-ph.HE
Effective potential of particles in the oblique black hole magnetosphere
研究了倾斜黑洞磁层中带电物质的动力学行为。特别是，我们采用了一个模型，包括一个旋转的黑洞嵌入在外部的大规模磁场是任意倾斜的旋转轴。打破轴对称似乎对粒子动力学有着深远的影响，它也带来了一些方法上的困难。本文讨论了有效势方法对非轴对称模型的适用性，指出它只适用于适当的参考系。
2016-01-03 astro-ph.HE gr-qc
A novel look at the pulsar force-free magnetosphere
本文研究了脉冲星静止轴对称无力磁层。本文给出了脉冲星方程的精确偶极解，在此基础上建立了磁层模型，并检验了它的观测支持。新的模型具有环形而不是常见的圆柱形几何形状，与在更大的空间尺度上直接观察到的脉冲星风星云的等离子体流出一致。在其新的配置，轴对称磁层消耗中子星旋转能量更有效地，这意味着重新估计的恒星磁场，$B_{\mathrm new}^0=3.3\times 10^{-4}B/P$，其中$P$是脉冲星的周期。然后，从观测到的恒星的旋转特性导出的磁场的7阶散射似乎与$\cotχ$定律一致，其中$χ$是均匀分布在间隔$[0,π/2]$中的随机量。我们的结果是暗示一个独特的实际磁场强度的中子星随着一个随机的角度之间的磁轴和旋转轴，并提供洞察中子星统一的几何基础。
2016-08-29 astro-ph.HE
Near-horizon structure of escape zones of electrically charged particles around weakly magnetized rotating black hole: case of oblique magnetosphere
研究了大尺度磁场对旋转黑洞附近带电粒子动力学的影响。我们考虑的情况下，最初中性粒子的测地线轨道在赤道平面成为电离，因此他们是不稳定的充电过程。然后，一部分带电粒子被加速离开赤道平面，然后以相对论速度遵循喷流状轨迹。我们探讨非轴对称系统中的磁场是倾斜的黑洞自旋。我们研究了系统的数值计算，以确定区域的逃逸轨迹和计算的终端逃逸速度。通过打破轴对称，我们注意到，允许加速到超相对论速度的未束缚轨道的比例增加。
2020-12-31 astro-ph.HE
Diocotron Modes in Pulsar Magnetospheres: Charge Diffusion and Implications for Radio Emission Variability
Princeton University（普林斯顿大学）
通过三维粒子网格模拟研究脉冲星磁层中非轴对称的diocotron不稳定性，发现其产生稳定的m=1模式，驱动跨场扩散并调制极盖电势降和发射束角，与脉冲星消零、周期幅度调制和漂移子脉冲等变化性相关。
2026-10-15 astro-ph.HE
Alfvén wave mode conversion in pulsar magnetospheres
与2016年船帆座脉冲星故障同时发生的无线电发射异常可能是由星震引起的，星震将阿尔芬波发射到磁层，干扰了原始的无线电发射区。为了量化阿尔文波的寿命，我们研究了一种可能的能量损失机制，阿尔文波转换为快磁声波。使用轴对称的无力模拟，我们遵循的阿尔文波的传播从恒星表面发射到一个无力的偶极脉冲星磁层的封闭区的小振幅。我们观察到模式转换发生在理想的无力制度。阿尔芬波第一次通过赤道时的转换效率可能很高，因为波在远离恒星时达到很大的振幅，或者在靠近Y点的场线上传播。然而，由于后续通道上的失相，转换效率降低，并且闭合场线上的相当大的阿尔文功率仍然存在。因此，虽然发生了一些泄漏到快速模式，我们需要详细了解原始淬火，以说明模式转换是否可以单独导致脉冲星在短时间内重新激活。
2020-12-14 astro-ph.HE
Inclination angle and braking index evolution of pulsars with plasma-filled magnetosphere: application to high braking index of PSR J1640-4631
最近发现的旋转动力脉冲星PSR J1640-4631是第一个测量到制动指数的，具有足够高的精度，大于3。在真空或等离子体中，倾斜的磁转子不仅会受到自旋下降的影响，而且还会受到对准力矩的影响。真空模型可以解决制动指数，只有一个几乎正交的旋转器，是不兼容的单峰脉冲轮廓。具有共转等离子体的磁偶极子模型预测制动指数在$3-3.25$之间。我们发现$3.15$的制动指数与两个不同的倾角，$18.5\pm 3$度和$56 \pm 4$度是一致的。如果脉冲轮廓具有单峰并且源的无线电输出较弱，则较小的角度是优选的。我们推断倾角的变化率为每世纪$-0.23$度，绝对值比最近观测到的蟹状星云脉冲星的变化率小三倍。
2016-03-18 astro-ph.HE
General-relativistic force-free pulsar magnetospheres
脉冲星磁层是由超相对论电子/正电子等离子体在强磁场中流动并受到强引力场的影响而形成的。前者感应出磁层电流和空间电荷，导致基于纯电动力学的电磁场失真。后者基于时空曲率在这些场中引起其他扰动。无力近似描述了磁层对电流和电荷的响应，许多作者对此进行了研究。在这种情况下，广义相对论很少被讨论来量化它对中子星电动力学的影响。这是本文的目的是计算广义相对论无力脉冲星磁层的实际磁场配置，如倾斜偶极子。我们进行了随时间变化的模拟麦克斯韦方程组在3+1形式的一个固定的背景度量在慢旋转近似。我们计算了与~ $R/\rlight$比值和自旋参数~ $\as$有关的坡印廷通量，$R$是中子星半径，$\rlight$是光柱半径。这两种效应共同作用，使远距离观测者看到的总坡印廷通量增加约2倍，这取决于旋转速率。此外，我们检索的$\sin^2χ$依赖于这个光度，$χ$是脉冲星的光度，以及制动指数接近$n=3$。我们还表明，坡印廷通量的角度依赖性的尺度一样，$\sin^2\vartheta$的对齐旋转，但像$\sin^4\vartheta$的正交旋转，$\vartheta$是余纬度。
2015-11-04 astro-ph.HE
Transition from regular to chaotic motion in black hole magnetospheres
宇宙黑洞可以作为粒子加速的媒介。研究了一个浸没在大尺度有序磁场中的旋转黑洞系统的性质。在视界附近的带电粒子受到强引力、磁分量和感生电分量的影响。我们放松了一些限制，这是经常强加在以前的作品：磁场并不一定要共享一个共同的对称轴与自旋的黑洞，但他们可以相对于彼此倾斜，从而违反了轴对称。此外，黑洞不必保持静止，而是可以进行快速平移运动和旋转。我们证明了泛化带来了新的效果。从弯曲时空中的均匀电真空场出发，我们找到了分界线，并确定了在一定条件下形成的磁中性点。我们认为，这些结构可以代表签名的磁重联触发框架拖曳效应在能层。我们进一步研究了带电粒子在这些黑洞磁层中的运动。我们专注于从规则运动到混沌的过渡，并在此背景下，我们探讨的混沌相对论的特点。对于第一次，我们应用递归图作为一个合适的技术来量化的混乱程度附近的黑洞。
2011-10-20 astro-ph.HE
The force-free twisted magnetosphere of a neutron star
我们提出了一个详细的分析非旋转中子星，这是感兴趣的磁星的性质和演化建模的扭曲，无力磁层的属性。在我们的模型中，磁场在一些大的外部半径处与无电流（真空）解决方案平滑匹配，并且它们是专门为避免任何界面处的病理性表面电流而构建的。通过探索大范围的参数，我们发现了一些显着的一般趋势。我们发现，由于磁层电流对全球磁场的贡献，相对于具有相同表面磁场的真空模型，总偶极矩可以增加高达$40\%$。因此，基于大尺度偶极制动扭矩的表面磁场的估计稍微高估了表面值相同的量。一致的，有一个适度的增加，在总能量的模型相对于真空解决方案高达$25\%$，这将是可用的能量预算的情况下，快速，全球磁层重组通常与磁星耀斑。我们还发现了临界扭转（$φ_{\rm max} \lesssim 1.5$ rad）存在的有趣结果，超过这个临界扭转，我们就找不到任何数值解了。将本文所考虑的模型与中子星内部的演化相结合，将使我们能够研究磁层对长期磁、热和旋转演化的影响。
2018-10-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Emission Patterns and Light Curves of Gamma-Rays in the Pulsar Magnetosphere with a Current-Induced Magnetic Field
本文研究了脉冲星磁层中电流感生磁场扰动下γ射线的发射模式和光变曲线。本文从静电偶极子在电流感应磁场（扰动场）作用下的解出发，导出了静电偶极子和延迟偶极子在直角坐标系下的解。静（缓）向磁场可以表示为纯静（缓）向偶极磁场与静（缓）向扰动场之和。我们使用的延迟磁场的解决方案，调查的扰动场的影响上的发射模式和光变曲线，我们应用扰动的解决方案，计算的情况下的船帆座脉冲星的伽玛射线光变曲线。我们发现，由电流引起的扰动场会改变γ射线的发射模式，进而改变γ射线的光变曲线，特别是在较大的扰动场下。结果表明，外流（内流）电子（正电子）产生的扰动场可以减小磁层的旋转效应，使磁层的辐射图案相对于纯延迟偶极子的辐射图案更加平滑，而外流（内流）正电子（电子）产生的扰动场则使磁层的辐射图案变得不那么平滑.
2011-09-06 astro-ph.HE
The 3D pulsar magnetosphere with machine learning: first results
University of Patras（帕特雷大学）；Academy of Athens（雅典科学院）；National Technical University of Athens（雅典国立工业大学）
本文利用机器学习方法首次解决三维脉冲星磁层稳态问题，揭示了封闭线区域和Y形尖端的新特征。
2025-11-17 astro-ph.HE
Null Points in the Magnetosphere of a Plunging Neutron Star
我们探讨了超大质量黑洞视界附近缓慢旋转磁星的偶极型真空场的结构，在那里，由于强引力的影响，场线的结构变得高度扭曲。这种情况可能发生在中子星附近，中子星正处于坠入银河系中心的轨道的最后阶段。本文在Rindler近似下求解了偶极磁场与旋转轴任意倾斜的旋转导体源的麦克斯韦方程组。对于固定的倾角，我们计算的场包括辐射项，而在一般情况下，我们讨论的电磁场只考虑近场项。在后一种情况下，我们调查的真空磁层内的磁零点的出现。在天体物理等离子体存在的情况下，磁点变得高度相关，在那里它们与磁重联和物质抛射过程有关。
2018-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Radius-to-frequency mapping and FRB frequency drifts
本文建立了中子星磁层径向-频率映射模型，并将其应用于快速射电暴中观测到的频率漂移。我们假设一个发射补丁沿偶极磁场线传播，产生相干发射的频率，方向和偏振定义的本地磁场。观测到的频率随时间的演化依赖于时间收缩的相对论效应和磁场线的曲率。该模型一般产生漂移率的线性缩放，$\dotω \propto - ω$，在数值上和参数上都与在FBR中观察到的速率相匹配; $\dotω $的更复杂的行为也是可能的。快速旋转的磁层产生更高的漂移率相似的观察参数比缓慢旋转的。在中继器的情况下，相同的源可能会显示不同的漂移模式，这取决于观察阶段。我们预计偏振位置角的旋转通过一个突发，虽然由较小的数额比无线电脉冲星。所有这些发现都与FBR的性质相媲美，加强了它们在中子星磁层中的可能位置。
2022-08-07 astro-ph.HE
Global Kinetic Simulations of Monster Shocks and Their Emission
Physics Department；McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St.\ Louis
研究通过全球粒子-网格模拟，揭示快速磁声波在中子星磁层中非线性陡峭化过程，发现其可产生GHz辐射并再现FRB观测特征。
2025-12-04 astro-ph.HE
Pulsar Magnetospheres: Beyond the Flat Spacetime Dipole
大多数关于脉冲星磁层的研究都假设在平坦时空中存在一个纯磁偶极子。然而，最近的工作表明，广义相对论的影响实际上是至关重要的，现实的脉冲星磁场将有一个显着的非偶极分量。本文介绍了一种研究任意磁场、质量、半径和转动惯量的慢转恒星的轴对称无力磁层的一般分析方法，包括了广义相对论的所有效应。我们确认，类空电流是一般存在于极冠（建议对生产区），无论恒星磁场。我们表明，广义相对论介绍了一个~60%的修正公式的偶极分量的表面磁场推断自旋下降。最后，我们表明，极帽的位置和形状可以显着修改，甚至适度强的高阶矩。这可能会影响恒星附近发生的发射过程，并可能有助于解释毫秒双星的光束特征。
2016-12-20 astro-ph.HE gr-qc
Alfvén Wave Conversion to Low Frequency Fast Magnetosonic Waves in Magnetar Magnetospheres
本文通过轴对称无力模拟研究偶极磁层中 Alfvén 波向快磁声波的转换，揭示波列填充程度决定低频或倍频快波，并分析转换效率及其 X 射线辐射意义。
2025-06-06 astro-ph.HE
Charged Particle Motion in Neutron Star Magnetic Fields: A Comparison Between the Boris Algorithm and the Guiding Center Approximation
本文比较Boris算法与引导中心近似在偶极、四极及混合磁场中模拟相对论带电粒子运动的精度与特性，以支持NICER研究中子星磁层辐射与内部组成。
2023-11-25 astro-ph.HE
Not an Oxymoron: Some X-ray Binary Pulsars with Enormous Spinup Rates Reveal Weak Magnetic Fields
最近发现了三个大质量的X射线双星，它们表现出极大的自旋上升速率。传统的吸积理论预测极高的表面偶极磁场，我们相信是非物理的。相反，我们提出了完全相反的设想：其中一些恒星表现出微弱的磁场，以至于它们的磁层被流入的物质的重量压碎。在流入的物质到达脉冲星表面之前，由于穿透的内盘将其多余的角动量转移到后退的磁层，从而向脉冲星施加强大的自旋扭矩，因此达到了巨大的自旋速度。这种机制也反过来起作用：当磁层膨胀到超过共转时，它使脉冲星向下旋转，发现自己的旋转速度比吸积盘快，然后吸积盘对磁场和脉冲星本身施加一个强大的阻滞扭矩。上述的理论不能容纳在中子星吸积过程发生在自旋平衡附近的背景下，因此它们构成了一个新的极端（远离平衡）吸积现象理论的一步。
2018-05-15 astro-ph.HE
Electrodynamics and dissipation in the binary magnetosphere of pre-merger neutron stars
通过三维无力电动力学模拟，研究双中子星并合前磁层能量释放，发现KH不稳定性与磁重联驱动耗散，可产生压缩波并可能解释快速射电暴前兆。
2025-02-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Multi-wavelength emission modelling of PSR~J0437$-$4715
Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Observatoire astronomique de Strasbourg（斯特拉斯堡天文台）；IRAP（天体物理研究所）；LPC2E（地球与环境行星化学与动力学实验室）；Univ Orléans（奥尔良大学）；Observatoire de Paris（巴黎天文台）；Université PSL（巴黎文理研究大学）
通过结合X射线热点几何、射电和伽马射线脉冲轮廓拟合数据，研究PSR~J0437$-$4715的磁场结构，揭示其磁极倾斜角和视线倾角，解释其射电和伽马射线特性。
2026-03-11 astro-ph.HE
A Numerical Model for the Multi-wavelength Lightcurves of PSR J0030+0451
最近对毫秒脉冲星PSR J 0030 +0451的中子星内部成分探测器（NICER）观测的模拟表明，脉冲星的磁场是非偶极的。我们构建了一个磁场配置的脚点的开放场线密切类似的热点配置从NICER观测。使用这个磁场作为输入，我们进行的PSR J0030+0451的磁层的无力模拟，显示其等离子体填充的磁层的三维结构。对发光区作简单和物理上的假设，我们能够构造出与相应观测定性一致的多波长光变曲线。一致认为多极磁结构是模拟这类星体的关键，可以用来约束磁倾角和无线电发射的位置。
2020-02-14 astro-ph.HE
Relativistic van Allen belts in magnetospheres of pulsars and white dwarfs
本文研究了中子星和白矮星磁层中相对论性范艾伦辐射带的动力学与多频发射模式，考虑同步辐射损失与相对论性束流效应，发现该非哈密顿系统具有不可扩展的频谱与时间行为多样性，并揭示了三种粒子轨迹类型及其对应的发射模式特征
2025-06-25 astro-ph.HE
Near-horizon structure of escape zones of electrically charged particles around weakly magnetized rotating black hole. II. Acceleration and escape in the oblique magnetosphere
强引力和磁场是驱动致密天体附近吸积和抛射过程的关键因素。虽然这里的具体机制仍在讨论中，但有序磁场的存在似乎对超视界长度尺度上带电粒子的相对论喷流的加速和准直至关重要。在此背景下，我们进一步研究了大尺度磁场对旋转黑洞附近带电粒子动力学的影响。我们考虑一种情况，其中赤道平面中规则测地线轨道上的初始中性粒子通过充电过程而不稳定（例如，通过光电离）。一些带电粒子被加速到赤道平面之外，它们以相对论速度沿着类似射流的轨迹运动。在我们之前的论文中，我们研究了磁场与旋转轴完美对齐的情况下的这种情况;即，该系统被认为是轴对称的。在这里，我们放松这一假设，并调查非轴对称系统中的磁场是任意倾斜的黑洞自旋。我们研究了系统的数值计算，以确定区域的逃逸轨迹和计算的最大（终端）逃逸速度。看来，打破轴对称（即使是小倾角）大大增加逃逸轨道的分数，并允许加速到超相对论速度，被排除在轴对称设置。在相对论外流的发射区域中存在瞬态混沌动力学与混沌指标确认。
2020-09-01 astro-ph.HE
Axisymmetric force-free magnetosphere of a pulsar. I. The structure close to the magnetic axis
对脉冲星静止轴对称无力磁层进行了解析研究。脉冲星方程在磁轴附近区域求解。从轴向区域电流函数的线性化出发，我们发现轴向磁通量函数在中子星上方的任何高度都是有效的。这个函数被用来作为一个起始近似开发系列的非线性脉冲星方程在极地地区。考虑到脉冲星磁通量在无穷远处的准单极特性，我们得到了磁通量和电流函数的唯一渐近级数。在无穷远处，这两个函数都很接近，但不等同于已知的无力粒子的情况。发现极隙顶部的通量函数与中子星表面的偶极通量函数不同。结果表明，闭合中子星表面脉冲星电路的横向电流片与全球磁层结构一致，小极角下的粒子流可以排除，稳态级联的情况是可以接受的.本文件是第一步，对完整的分析描述的脉冲星力自由磁层允许等离子体产生的差距和脉冲星电流电路闭合。
2012-08-31 astro-ph.HE astro-ph.SR
On the magnetospheric origin of Repeating Fast Radio Bursts
在SGR 1935+2154中新发现了一个明亮的射电爆发，它具有类似FRB的时间和频率特性，表明FRB起源于中子星/磁星磁层。我们提出了一个解释的时间和频率特性的子脉冲的重复FRB的基础上的通用几何结构的框架内的电荷聚束相干曲率辐射在磁层的NS。射电爆发中的子脉冲来自于沿不同磁场线运动的带电粒子束。它们的辐射束在视线上扫过的时间略有不同，而那些在更弯曲的部分辐射的人往往会更早地被看到，频率也更高。然而，通过考虑在稍微不同的时间产生的聚束，我们发现也有一个小的概率，从弯曲程度较低的部分发射被看到更早。通过推导磁层中电加速度场的各种形式，模拟了磁层电加速度场的时频结构。这种结构的子脉冲是一个自然的结果，相干曲率辐射从一个NS磁层突然和暴力触发火花。我们应用这个模型来解释特定的偶极配置内的时间-频率结构，通过调用瞬态脉冲星般的火花从内部间隙的缓慢旋转NS，也开发了更通用的配置。
2020-07-01 astro-ph.HE
Magnetar Eruptions and Electromagnetic Fireworks
本文提出磁星爆发全局模型，解释硬 X 射线耀发源于内磁层扭曲磁通量束的不稳定性，并阐明外磁层中耀发磁脉冲与电流片碰撞形成磁岛链从而产生 FRB 的机制。
2024-05-04 astro-ph.HE
Spinning black holes magnetically connected to a Keplerian disk -- Magnetosphere, reconnection sheet, particle acceleration and coronal heating
背景：吸积中的黑洞（BH）可能被极向磁场穿过的高度磁化的等离子体所包围。非热耀斑和高能量成分可能起源于一个热的、无碰撞的、几乎没有力的日冕。我们经常从这些系统中观察到的喷流被认为是旋转动力和磁力驱动的。目的：我们研究了轴对称BH磁层，其中锚定在周围圆盘中的一些磁场线可以连接到旋转BH的事件视界。我们确定的网站磁重联在30个引力半径取决于BH自旋。研究方法：与完全广义相对论粒子在细胞的代码GRZeltron，我们解决了电子-正电子对等离子体和BH周围的电磁场的时间相关的动力学。圆盘由开普勒旋转的稳定等离子体表示，由冻结的偶极场穿过。结果如下：对于旋转圆盘，穿过视界的扭曲开放磁场线为布兰德福德-兹纳杰克喷流提供动力，而超过临界距离，圆盘上的开放场线是开放的。在最里面的区域，耦合场线确保了BH和圆盘之间大量角动量和能量的转移。从交点处的Y点开始，在通过磁重联发生粒子加速的地方形成电流片。我们计算了当前片发射的同步辐射图像。结论：我们对喷气动力和BH-盘交换的估计与纯粹的无力模型的估计相匹配。Y点的耗散加热日冕，并为反射模型提供了圆盘上方的硬X射线的物理激励源。幕式等离子体团抛射可能解释天鹅座X-1上观测到的毫秒级耀斑。从Y点向下流到圆盘的粒子可以在最外面的闭合场线的足点处产生热点。
2021-12-07 astro-ph.HE
Solving the Pulsar Equation using Physics-Informed Neural Networks
本研究将物理信息神经网络（PINNs）应用于脉冲星磁层轴对称模型求解，复现了含非偶极构型的多种模型，验证了能量损失的合理性，为天体物理椭圆型偏微分方程求解奠定基础，有望成为三维磁层建模的高效方法。
2023-10-10 astro-ph.HE
Time evolution of pulsar obliquity angle from 3D simulations of magnetospheres
由于电磁转矩对角动量的提取，孤立双星的旋转周期随时间增加。这些扭矩也改变了磁轴和旋转轴之间的平行度角$α$。虽然实际的脉冲星磁层是充满等离子体的，但$α$的时间演化主要是在真空脉冲星磁层中研究的。在这项工作中，我们自洽帐户的等离子体效应的第一次通过分析的结果，随时间变化的3D力自由和磁流体动力学模拟脉冲星磁层。我们表明，如果一个中子星是球对称的，并嵌入一个偶极磁矩，脉冲星的演变，以尽量减少其自旋的亮度：真空和等离子体填充的脉冲星演变的对齐配置（$α=0$）。然而，它们以不同的方式处理对齐。真空泵以指数级的速度对准，具有$α\propto \exp(-t/τ)$和$τ\sim$自旋下降时间尺度。相比之下，我们发现充满等离子体的光子晶体与$α\propto (t/τ)^{-1/2}$的排列要慢得多。我们认为，缓慢的时间演化的等离子体填充的类星体的结晶度可以潜在地解决几个观测难题，包括正常类星体的起源与周期的$\sim1$秒，斜类星体进入对齐的证据超过了$\sim 10^7$年的时间尺度，和观察到的赤字，相对于各向同性的结晶度分布，类星体显示脉冲间发射。
2014-05-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Angular Dependence of Coherent Radio Emission from Magnetars with Multipolar Magnetic Fields
最近对银河系磁星的快速射电暴（FRB）的探测证实了这样一个事实，即具有超强磁场的中子星（NS）能够产生这些极其明亮的相干射电爆发。偶极磁场结构中的曲率辐射过程是解释这种相干射电辐射起源的主要机制之一。然而，已经证明磁星可能具有更复杂的磁场拓扑结构。在这里，我们严格调查曲率无线电发射存在倾斜的偶极和四极（“quadrodipolar”）磁场，并表明，这种场结构不同的角度特性从一个纯粹的偶极的情况下。我们分析表明，开放的场线的形状可以显着修改取决于四极偶极场强的比例和它们在NS表面的倾斜角。这沿着与观察者的视线重合的每条磁场线创建多个点，并且可以解释所观察到的FRB的复杂光谱和时间结构。我们还发现，在四偶极子中，无线电波束可以采取一个更广泛的角度范围和波束宽度可以比纯偶极子。这可以解释为什么磁星的瞬态射电脉动的脉冲宽度与普通射电磁星的脉冲宽度一样大。
2022-03-12 astro-ph.HE
Magnetic quadri-dipolar stars rotating in vacuum
主序星和致密天体，如白矮星和中子星，通常嵌入在强烈偏离位于恒星中心的纯偶极子的磁场中。偏心偶极子有时可以更好地调整现有数据，并提供一个简单的几何图片，包括多极场。然而，这样的配置通常是限制性的，将多极组件限制为强度小于底层偶极子。本文考虑真空中偶极与四极磁场缔合所给出的最一般的最低阶多极组合。根据多极场计算的一般形式，我们导出了旋转四偶极子外的完整电磁场。给出了坡印亭磁通和电磁反冲的精确解析表达式。这样的几何形状对于研究中子星的磁层是有用的，因为越来越多的令人信服的观测揭示了至少存在四极场的线索。我们还表明，在恒星表面足够高的四极分量，电磁踢印记到中子星可以达到数千公里/秒的毫秒周期在出生。
2020-10-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Global Magnetohydrodynamic Simulations of Monster Shocks in Neutron Star Magnetospheres
University of Toronto（多伦多大学）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；D. A. Dunlap Department of Astronomy, University of Toronto（多伦多大学D.A.邓普尔天文学系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Walter Burke Institute for Theoretical Physics（沃尔特·伯克理论物理研究所）
研究通过全球相对论磁流体动力学模拟，探讨了磁星磁层中由扰动引发的怪物冲击行为，揭示了其在不同背景下的特性及影响因素。
2026-11-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Black hole outflows initiated by a large-scale magnetic field
该研究通过磁流体动力学模拟，探讨了黑洞吸积中内磁层磁场引发的流入与外流竞争，发现磁场倾斜影响大尺度外流几何，而自旋主导视界附近流动。
2024-03-21 astro-ph.HE
A combined multiwavelength VLA/ALMA/Chandra study unveils the complex magnetosphere of the B-type star HR5907
我们提出了新的无线电/毫米测量的热磁星HR 5907获得的VLA和ALMA干涉仪。我们发现HR 5907是目前已知的厘米-毫米波段射电最亮的早型星。它的多波长无线电光变曲线变化很大，振幅随射频增加而增加。无线电辐射可以解释为非热电子的人口加速在电流片上的外边界的磁层的快速旋转的磁星。我们将HR 5907归类为另一个不断增长的强磁快速旋转热恒星的成员，在这些恒星的磁层中，回旋同步辐射机制有效地运行。HR 5907的新无线电观测与档案X射线数据相结合，以研究其磁层的物理条件。HR 5907的X射线谱显示了非热谱成分存在的初步证据。我们认为，非热X射线起源于恒星的X射线极光由于流的非热电子撞击在恒星表面。利用X射线幂律谱的谱指数与非热电子能量分布之间的关系，我们对HR 5907的射电辐射进行了三维模拟。波长相关的无线电光变曲线探测恒星表面以上不同高度的磁层。模拟和观测到的无线电光变曲线之间的详细比较导致我们得出结论，恒星磁场的HR 5907可能是非偶极，提供进一步的间接证据的复杂磁场拓扑结构的HR 5907。
2018-01-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
3D evolution of neutron star magnetic-fields from a realistic core-collapse turbulent topology
本研究首次实现中子星三维完全耦合磁热模拟，发现复杂湍流初始拓扑下偶极场长期维持低值，与年轻脉冲星观测矛盾，提出深层磁场自组织或磁层贡献等解释。
2023-05-10 astro-ph.HE
The geometry of a radio pulsar beam
射电脉冲星剖面的分类学主要基于托勒密人造系统，由分离的环和核心组成，任意位于磁层不同的高度。观测到的剖面形状的多样性显然超出了这种锥形模型的解释能力。此外，在脉冲星剖面中观察到的分叉特征意味着一个从偶极轴径向延伸的扇形束系统。分叉可以理解为长期寻找的无线电发射机制的基本辐射模式的印记，从而识别后者。然而，它们的大小比磁偶极子线的曲率所暗示的要大好几倍。在这里，我表明，幻觉断开环和分叉功能的大小可以通过一个自然的几何形状相结合的圆锥和扇形光束的属性来解释。它是一个向外张开的螺旋，在离开磁层的途中绕着偶极轴转了几圈。这种几何形状与流出和横向漂移的等离子体流一致。分叉分量很宽，这是因为这种螺旋线上的曲率大于偶极磁场的曲率，因此它们与非常模曲率辐射是一致的。
2017-05-15 astro-ph.HE
Three-dimensional dynamics of strongly twisted magnetar magnetospheres: Kinking flux tubes and global eruptions
本文通过三维磁层扭曲模拟揭示磁星通量管的扭结与全局爆发机制，解释不同能量X射线爆发并为快速射电暴供能模型提供坡印廷通量外流。
2023-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The effect of collisional cooling of energetic electrons on radio emission from the centrifugal magnetospheres of magnetic hot stars
CSIRO, Space and Astronomy（CSIRO空间与天文部）；Department of Physics and Astronomy, University of Delaware（特拉华大学物理与天文学系）
研究探讨了碰撞冷却对磁热恒星离心磁层中无线电发射的影响，发现高能电子的冷却机制与磁场强度密切相关，且该结果对磁超低温矮星的适用性存在差异。
2025-09-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
Diving into the magnetosphere of the Of?p star HD108
我们分析光学和X射线光谱的？p星HD 108，以其强偶极磁场和光学线轮廓变化而闻名，时间尺度为$54 \pm 3$ yrs，解释为恒星自转周期。光发射谱线现在已经从2007 - 2008年达到的最低发射状态恢复。H $α$发射的等效宽度的变化提供了对旋转轴的倾斜度（$i$）和磁轴的倾斜度（$β$）的约束。模型和观测之间的最佳协议被发现为（$i$，$β$）与$i + β\simeq 85^{\circ}$和$i \in [30^{\circ},55^{\circ}]$对。巴耳末发射谱线在几天的时间尺度上在$\sim 5$ %水平上显示随机变化。TESS测光揭示了除了突出的红噪声变化之外，在类似时间尺度上的瞬态调制。2021年12月的钱德拉X射线观测表明，与2002年8月的XMM-牛顿观测相比，该恒星处于更高的发射水平，通量略有增加，光谱硬化，接近最小发射状态。磁流体动力学模拟用于计算合成X射线光谱。利用我们目前对$\dot{M}_{B=0}$质量损失率的最佳估计，模拟的X射线光度和光谱能量分布与观测结果非常吻合。最后，径向速度的变化周期为8.5年，峰-峰幅度为10 - 11公里/秒$^{-1}$，表明轨道运动至少有一个看不见的伴星$_{\odot}$。
2023-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole pulsars and monster shocks as outcomes of black hole--neutron star mergers
通过磁流体动力学模拟发现，强磁场中子星与黑洞并合后，黑洞磁层会形成巨型激波和类脉冲星状态，产生快速射电暴和X/γ射线暴两种电磁对应体。
2025-04-01 astro-ph.HE gr-qc
GRMHD Simulations of Accreting Neutron Stars with Non-Dipole Fields
美国宇航局的NICER望远镜最近为旋转动力毫秒双星中的非偶极磁场结构提供了证据。这些恒星被认为经历了一个长时间的吸积自旋阶段，这就引出了一个问题，即吸积流到具有复杂磁场的恒星上会是什么样子。我们目前的结果从一套GRMHD模拟吸积中子星的偶极，四极和四偶极恒星场几何。这是在广义相对论框架中模拟真实热点形状以了解吸积毫秒星系中热点变化的第一步。我们发现，吸积柱的位置和大小导致热点的变化显着依赖于初始恒星场强度和几何形状。我们还发现，最强的贡献恒星扭矩是从磁盘连接的场线和脉冲星风，导致自旋在几乎所有的参数制度在这里探讨。我们进一步分析角动量输运的吸积盘由于大规模的磁应力，湍流应力，风和可压缩的影响，我们确定与对流运动。圆盘使初始的开放恒星流形成喷流。对于偶极子，磁盘磁层的相互作用可以增强或减少喷流功率相比，孤立的情况下。然而，对于四极，磁盘总是导致增强的净开放通量，使喷流功率与偶极的情况下。我们讨论了我们的研究结果中观察到的中子星喷流，并提供了一个可行的机制来解释无线电功率在低和高磁场的情况下。
2022-04-01 astro-ph.HE
From Størmer to Schwarzschild: Analytical Dynamics of Charged Particles in a Dipole Magnetosphere
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço（太空天文与科学研究所）；Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院物理系）；Babeş-Bolyai University（巴比什-博尧伊大学）；Astronomical Observatory（天文台）
该研究构建经典斯特默问题的相对论扩展，解析研究史瓦西时空中偶极磁层内带电粒子的圆轨道稳定性等，为致密天体磁层相关研究提供解析基础。
2026-08-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Synthetic pulsar lightcurves from global kinetic simulations and comparison with the Fermi-LAT catalog
本文通过倾斜脉冲星磁层的全局粒子模拟生成合成光变曲线，并与Fermi-LAT第三版脉冲星星表对比，验证了磁重联供能的同步辐射和逆康普顿模型能够再现类Vela双峰结构等观测特征。
2025-02-04 astro-ph.HE
Long-period radio pulsars: population study in the neutron star and white dwarf rotating dipole scenarios
本研究针对两颗超长周期射电源的本质争议，分别在中子星与白矮星偶极辐射图景下开展分析与族群合成模拟，发现白矮星图景更易容纳长周期射电源族群，但两种图景均无法解释其明亮相干射电辐射的产生机制。
2023-12-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
General relativistic calculation of magnetic field and Power loss for a misaligned pulsar
在这项研究中，我们将脉冲星模型化为一个广义相对论的斜转子，斜转子是一个旋转变形的中子星，它的自转轴和磁轴倾斜一个角度。倾斜旋转体向下旋转，通过磁极失去旋转能量。假设磁场是偶极的;然而，由于未对准，恒星具有非零的方位角分量。对于无力条件，磁场感应出电场。磁场随失准的增加而减小，沿恒星赤道面最小。相反，电场最初几乎保持恒定，但在高失准角处迅速减小。星表面的电荷分离与牛顿计算定性相似。我们发现，无论是对齐或正交的旋转器，这与牛顿计算，其中的功率损耗随着失调角的增加而增加的广义相对论旋转器的功率损耗是最小的。
2021-11-29 astro-ph.HE
Relativistic force-free models of the thermal X-ray emission in millisecond pulsars observed by NICER
旋转供电毫秒双星（MSPs）的几个重要性质，如质量半径比、状态方程和磁场拓扑结构，可以从精确的观测和对它们的X射线光变曲线的建模中推断出来。在本研究中，我们模拟热X射线信号起源于MSP，所有的方式从数值求解周围的磁层的射线追踪的发射光子和最终计算其光变曲线和光谱。然后将我们的模拟X射线信号与四个目标天体的一组非常精确的NICER观测结果进行比较：PSR J 0437 -4715、PSR J1231-1411、PSR J2124-3358和PSR J 0030 +0451。我们发现很好的同时适合所有这些恒星的光变曲线和光谱分布。磁层是通过执行广义相对论的无力模拟的旋转中子星（NS）赋予一个简单的中心偶极磁场，许多不同的恒星的紧凑性和脉冲星错位。从这些解决方案中，我们得到了一个发射率地图的表面上的恒星，这是基于磁层中的电流。特别是，在这个模型中的发射区（ER）确定的类空四电流，达到NS。我们表明，这种假设，加上列入引力曲率的无力模拟，导致非标准的ER面对的封闭区的脉冲星，除了其他ER内的极冠。来自这两种ER的组合X射线信号（都是对映的）允许近似在所有目标MSP光变曲线中发现的非平凡脉冲间。
2022-09-23 astro-ph.HE gr-qc
Searching for Axion Dark Matter Near Relaxing Magnetars
本研究构建与磁星观测一致的电荷电流分布，重新评估轴子暗物质在磁星磁层中的共振信号，发现两种主要模型预测差异显著，并提出了区分磁星等离子体加载机制的观测特征。
2025-05-26 astro-ph.HE hep-ph
High energy radiation from luminous and magnetized stars
部分早型星具有强偶极磁场的特征，这种强偶极磁场被来自星表面的稠密风的外流所改变。在离地表一定距离处（阿尔芬半径以上），风驱动磁场进入偶极磁场赤道区的重联。我们建议，电子加速在这些重联地区可以负责有效的康普顿恒星辐射产生的伽马射线发射。我们调查的电子在赤道地区的磁层的传播，包括他们的平流与赤道风。同步加速器和IC光谱的计算假设的一个重要部分的风能转移到相对论电子。作为一个例子，我们考虑了明亮的强磁化恒星HD 37022（$Θ^1$ Ori C）的参数。IC伽马射线发射预计将被检测到无论是在GeV的能量范围内的费米-LAT望远镜或在亚TeV的能量由切伦科夫望远镜阵列。然而，由于恒星风通常是随时间变化的，并且磁轴可以倾斜于恒星的旋转轴，因此伽马射线发射预计会随着恒星的旋转周期而变化，并且在更长的时间尺度上，随着磁场活动的恒星圈而变化。这些特征可以作为对所提出的单个发光恒星伽马射线发射设想的检验。
2021-08-04 astro-ph.HE
Population synthesis of isolated Neutron Stars with magneto--rotational evolution
我们重新审视人口合成的孤立的无线电天体结合最近的进展，磁场的演变和磁轴和旋转轴之间的角度从新的模拟的磁热演化和磁层模型，分别。在我们的方法中，一个有趣的新颖之处是我们不假设死亡线的存在。我们讨论的参数空间中的区域，更符合观测数据。特别是，我们发现，任何广泛的出生自旋周期分布与$P_0\lesssim 0.5$ s可以适合的数据，如果允许的对齐角度变化一致的扭矩模型，现实的磁层模型相比，与经典的磁偶极辐射损失的模型是有利的。假设初始磁场服从对数正态分布，我们的优化模型具有平均强度$\langle\log B_0{\rm [G]}\rangle \approx 13.0-13.2$和宽度$σ(\log B_0) = 0.6-0.7$。然而，参数之间存在很强的相关性。这种参数空间中的简并性可以通过对脉冲星出生率的独立估计或通过将该信息与其他观测波段（X射线和$γ$射线）中的人口相关联的未来研究来打破。
2014-06-26 astro-ph.HE
Particle motion in neutron stars ultra-strong electromagnetic field: the influence of radiation reaction
本研究通过数值积分约化Landau-Lifshitz方程，分析辐射反作用对中子星磁层内试验粒子运动的影响，修正了仅考虑洛伦兹力的粒子能量结果，并揭示了粒子撞击星体表面概率与磁偶极矩倾角的关联规律。
2023-07-07 astro-ph.HE
Spin-disc misalignment drives periodic accretion and pulse profile asymmetry in X-ray pulsars
Mullard Space Science Laboratory, University College London（穆拉德空间科学实验室，伦敦大学学院）；Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford（天体物理学，物理系，牛津大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；Mountain View High School（山景高中）
该研究通过数值模拟发现，自旋-盘错位的纯几何效应会驱动X射线脉冲星的周期性吸积，导致脉冲轮廓不对称，该机制也可能适用于ULX脉冲星。
2026-08-31 astro-ph.HE astro-ph.SR
