Recent Progress on Particle Acceleration and Reconnection Physics during Magnetic Reconnectionin the Magnetically-dominated Relativistic Regime
强磁化等离子体环境中的磁重联被认为是能量快速释放和粒子碰撞的主要过程。目前，人们对相对论性磁重联有着浓厚的兴趣，因为它可能为强磁化天体物理系统中的高能粒子加速和辐射提供新的解释。本文综述了磁主导区中粒子加速和重联物理的最新进展。更多的讨论集中在粒子加速，幂律形成以及重联率问题的物理。最后，对重联加速机制和动力学物理的下一步研究进行了展望。
2020-06-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Determining the Dominant Acceleration Mechanism during Relativistic Magnetic Reconnection in Large-scale Systems
虽然越来越多的研究表明，相对论性磁重联是高能天体物理系统中粒子加速的一个巨大来源，但主要的加速机制仍然存在争议。使用完全动力学模拟和理论分析相结合，我们表明，费米型加速内的大规模动态电场占主导地位的直接加速从非理想电场内的小尺度扩散区域。这一结果具有深远的影响建模粒子加速在大规模的天体物理问题，因为它开辟了建模的可能性，而不解决微观扩散区的能量谱。
2019-06-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle Acceleration in Relativistic Plasma Turbulence
由于湍流的普遍存在，它经常被用来解释天体物理学中高能辐射源中非热粒子的起源。利用粒子模拟，我们研究了磁主导（或等效的“相对论”）对等离子体中的衰减湍流。我们发现，幂律粒子能谱的产生是相对论湍流的一个通用的副产品。对于较高的磁化强度和较强的湍流水平，幂律斜率更难。在大型系统中，斜率达到一个渐近的，系统大小无关的值，而高能量的光谱截止随系统大小线性增加;斜率和截止不依赖于我们的域的维数。通过跟踪大量的粒子样本，我们发现粒子注入发生在重新连接电流片时;注入的粒子通过与湍流波动的随机相互作用进一步加速。我们的研究结果对高能天体物理源中非热粒子的起源具有重要意义。
2018-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Persistent mysteries of jet engines, formation, propagation, and particle acceleration: have they been addressed experimentally?
天体物理喷流的物理学可分为三个领域：（一）发动机和发射;（二）传播和准直;（三）耗散和粒子加速。由于天体物理学喷流包括一个巨大的范围内的规模和现象，实用性决定了大多数喷流的研究有意或无意地集中在这些制度之一，甚至在其中，一个机构的工作可能只是另一个的边界条件。我们首先讨论长期存在的持久的奥秘，涉及这些制度的每一个物理，独立的方法来研究它们。这一讨论更广泛地涉及等离子体天体物理学的前沿领域。虽然观察理论和模拟一直是贸易的主要工具，但实验室实验呢？射流相关的实验提供了控制研究的具体原则，物理过程和基准的数值和理论计算。我们将讨论迄今为止在这些方面所做的工作。虽然实验确实帮助我们理解了某些过程，原理概念的证明和基准代码，但它们还没有自己解决天体物理学喷流之谜。一个挑战是，到目前为止，用于喷气相关实验的实验工具通常不是最初为此目的设计的机器，或者是为了特定的天体物理学之谜而设计的。这为以不同的方式思考未来平台的发展提供了一个机会：从天体物理学之谜开始，建立一个实验来解决它。
2020-09-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Turbulence, Magnetic Reconnection in Turbulent Fluids and Energetic Particle Acceleration
湍流在天体物理学中无处不在。它从根本上改变了许多天体物理现象，特别是宇宙射线的传播和加速。本文介绍了可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的现代认识，特别是它的Alfvén、慢和快模式的分解，讨论了亚音速和超音速湍流介质的密度结构，以及其他相关的天体物理湍流机制。所有这些信息是必不可少的理解高能粒子加速，我们在审查中进一步讨论。例如，我们展示了快模式和慢模式如何通过二阶费米加速来加速高能粒子，而密度波动在冲击前区域产生磁场，使高能宇宙射线能够实现一阶费米加速。然而，非常重要的是，一阶费米宇宙线加速也可能在磁重联的网站。在湍流的存在下，这种重联变得更快，我们提出了支持Lazarian & Vishniac（1999）模型的预测的数值证据。这个过程的效率表明，磁重联可以在短时间内释放大量的能量。由于粒子追踪数值模拟表明粒子在重联过程中可以有效地加速，我们认为磁重联过程对粒子加速可能比目前公认的要重要得多。特别是，我们讨论了加速所产生的重联作为一个可能的起源的异常宇宙射线测量的旅行者，以及起源宇宙射线过剩的方向Heliotail。
2012-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Analytical Solution of Magnetically Dominated Astrophysical Jets and Winds: Jet Launching, Acceleration, and Collimation
我们提出了一个解析解的高度磁化喷流/风流。一般无力喷流/风方程（“脉冲星”方程）的左边被分成旋转和非旋转项。这两个方程的任何一项都可以解析求解，并且两个解彼此匹配得很好。因此，我们获得了磁主导喷流/风的一般近似解，该解涵盖了非相对论性到相对论性区域，并且漂移速度与冷等离子体速度很好地匹配。射流的加速包括三个阶段。(1)喷流位于阿尔文临界面（即轻圆柱）内，具有非相对论性速度，并由环形运动主导。(2)喷流超过阿尔文临界面，在那里，流动由极向运动主导，并变得相对论。这两个阶段的总速度遵循相同的规律$vΓ=ΩR$。(3)用$vΓ\approx1/\left(θ\sqrt{2-ν}\right)$代替演化规律，其中$θ$是射流的半张角，$0\leqν\leq2$是由磁场配置确定的自由参数。这是因为早期的有效加速最终打破了射流中不同部分之间的因果关系，阻止了全局解决方案。喷气机必须携带局部电荷和电流，以支持电磁平衡。该近似解与已知的理论结果和数值模拟结果一致，并且更便于直接与观测值进行比较。这个理论可以用来限制天体物理喷流中黑洞的自旋。
2021-01-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Large-scale Compression Acceleration during Magnetic Reconnection in a Low-$β$ Plasma
在太阳耀斑和其他天体物理系统中，与磁重联相关的粒子加速问题的一个主要挑战是动力学尺度和观测到的重联尺度之间的巨大尺度分离。正因为如此，仅仅使用动力学模拟很难得出任何明确的结论。求解高能粒子输运方程的粒子加速模型可以捕获动力学模拟中发现的主要加速物理，从而提供一种实用的方法来进行可观测的预测并直接将模型结果与观测结果进行比较。在这里，我们研究磁重联中的压缩粒子加速通过求解帕克（扩散-平流）输运方程使用速度和磁场从二维高Lundquist数磁流体力学（MHD）模拟的低$β$重联层。我们发现，可压缩重联层可以给显着的粒子加速，导致幂律粒子能量分布的形成。我们分析了加速率，发现重联层中的加速是一阶和二阶费米过程的混合。当包括一个引导场，我们发现光谱变得陡峭，幂律截止能量和最大粒子能量降低等离子体变得更难压缩。该模型产生的二维粒子分布可以用来生成辐射图，并直接与太阳耀斑观测结果进行比较。这提供了一个框架来解释粒子加速在大规模天体物理重联网站，如太阳耀斑。
2018-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Macro-scale fast flow and magnetic field generation in 2-temperature relativistic electron-ion plasmas of astrophysical objects
我们证明了在天体的二温相对论电子-离子等离子体中，由于统一的反向发电机/发电机机制，同时产生了宏观尺度的快流和强磁场。所产生的动态磁场放大和/或流动加速与初始湍流动能/磁（磁）能成正比;该过程对相对论热电子-离子分数温度和磁流体耦合非常敏感。结果表明，对于白矮星吸积热天体物理流/双星系统的实际物理参数，总是存在这样一个色散关系的实解，它保证了Alfvén马赫数为$> 10^6$的色散强超Alfvénic宏观流/流出的形成和/或超强磁场的产生。
2021-12-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Thermodynamic functions of dense plasmas: analytic approximations for astrophysical applications
我们简要回顾了完全电离的非理想电子-离子等离子体的热力学函数的解析近似，适用于广泛的等离子体参数，包括非简并和简并，非相对论和相对论电子，弱耦合和强耦合库仑液体，经典和量子库仑晶体的域。我们提出了改进以前公布的近似。我们的代码计算热力学函数的基础上审查近似公开。
2010-01-05 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
Acceleration of Energetic Particles through Reconnection of Weakly Stochastic Magnetic Field
天体物理介质是湍流的，因此重联应该在存在预先存在的湍流的情况下进行处理。我们考虑Lazarian & Vishniac（1999）的快速磁重联模型，该模型预言重联速率受湍流运动的强度和注入尺度的控制。我们提供了新的证据，成功的测试模型，并认为该模型提出了一个通用的设置为天体物理重联事件。我们研究粒子加速，发生在体积的驱动湍流以及湍流体积中存在的大规模重联。我们证明，在后一种情况下，加速度是一阶费米型，从而支持Gouveia dal Pino和Lazarian（2005）提出的加速度模型。
2012-05-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Beltrami-Bernoulli Equilibria in Plasmas with Degenerate Electrons
研究了一类新的由电子简并压力维持的双Beltrami-Bernoulli平衡。结果表明，由于电子的简并性，即使在零温等离子体中，也可能存在非平凡的Beltrami-Bernoulli平衡态。这些状态，概念上，研究表明，存在新的能量转换途径，例如，简并能量转换成流体动能。这种状态可能与致密天体有关，如白矮星、中子星等。
2015-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Direct measurement of non-thermal electron acceleration from magnetically driven reconnection in a laboratory plasma
磁重联是一种普遍存在的天体物理过程，它将磁能迅速转化为等离子体流能、热能和非热高能粒子（包括高能电子）的某种组合。在不同的低$β$（plasma-to-magnetic pressure ratio）和无碰撞环境中，理论上提出了各种重联加速机制，包括一阶和二阶费米加速、电子感应加速、沿磁场的平行电场加速以及重联电场的直接加速。然而，迄今为止，它们都没有得到实验证实，因为在实验室实验中直接观察非热粒子加速是困难的，这是由于\textit{in-situ}测量的德拜长度短和\textit{ex-situ}测量的平均自由程短。在这里，我们报告的直接测量加速非热电子从低$β$磁驱动重联实验中使用激光供电的电容线圈平台。我们使用千焦耳雷射来驱动平行电流，以准轴对称几何形状重新连接兆高斯级磁场。测量的电子能谱和由此产生的加速能量的角度依赖性，支持粒子在细胞模拟，表明直接电场加速的平面外重联电场的机制是在工作。使用这种机制的定标能量与天体物理观测直接相关。因此，我们的研究结果验证了建议的加速机制之一的重联，并建立了一个新的方法来研究重联粒子加速与相关制度的实验室实验。
2022-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
The Solar Enigma Decoding the Mystery of the Hot Corona and Solar Wind Acceleration
本文提出磁重联通过对回旋带电粒子磁矩施矩传递磁能，解释日冕百万度加热及超音速太阳风加速。
2025-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The role of three-dimensional transport in driving enhanced electron acceleration during magnetic reconnection
磁重联是许多天体物理现象中高能粒子的重要驱动力。使用动力学粒子在细胞（PIC）模拟，我们探讨了三维重联动力学的粒子加速效率的影响。在二维系统中，Alfvénic流出将高能电子驱逐到通量绳中，在那里它们被捕获并与加速区域断开。然而，在三维系统中，这些通量绳发展出轴向结构，使粒子能够泄漏并返回加速区域。这需要一个有限的引导场，以便粒子可以沿着磁通绳轴快速移动。我们发现，最大的高能电子生产时发生的引导场是相同的顺序作为重连组件：大到足以促进强运输，但没有那么大，以节流占主导地位的费米机制负责有效的电子加速。这表明一个自然的解释信封电子加速在脉冲阶段的爆发耀斑。
2017-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Acceleration of Charged Particles and Formation of Power-law Energy Spectra in Nonrelativistic Magnetic Reconnection
磁重联是空间和天体物理等离子体中粒子加速过程的主要驱动力。了解粒子如何被加速以及由此产生的粒子能谱是重联研究的中心议题之一。我们回顾了最近的进展，在解决这个问题的非相对论重联，是相关的空间和太阳等离子体和超越。我们专注于粒子加速机制，粒子输运由于三维重联物理，以及它们在形成幂律粒子能谱的作用。最后指出了大尺度重联层中粒子加速和输运研究面临的挑战以及未来需要解决的相关问题。
2021-04-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Radio Diagnostics of Particle Acceleration in Solar Flares with SKAO Observations
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；University College London（伦敦大学学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
综述利用SKAO高分辨率射电观测诊断太阳耀斑中粒子加速过程，包括非热辐射机制、磁场诊断及对弱粒子群统计研究的前景。
2026-06-27 astro-ph.SR
