Particle acceleration at magnetized, relativistic turbulent shock fronts
本文首次通过模拟证明，在轻度相对论性磁化正负电子对激波中，强湍流可在超光速位形下重新激活粒子加速，并产生幂律谱，且高磁化时湍流随机加速可取代激波加速。
2023-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Efficiency of internal shocks in magnetized relativistic jets
我们研究了相对论磁化外流中内激波将动能转换为热能/磁能的动力学和辐射效率。对大量圆柱壳碰撞问题进行了参数研究。我们探索了在保持总流量亮度恒定的同时，可变流体磁化如何影响效率，并发现轻度磁化喷流中壳层的相互作用比非磁化流产生更高的动态效率，但辐射效率较低。假设相对论粒子在内部激波加速，计算了不同壳层磁化的多波长辐射特征。
2011-11-15 astro-ph.HE
The Evolution and Impacts of Magnetorotational Instability in Magnetized Core-Collapse Supernovae
我们进行了二维轴对称MHD模拟的核心坍缩超新星的快速旋转磁化祖。通过改变磁场强度和空间分辨率，研究了磁旋转不稳定性（MRI）的演化及其对动力学的影响。我们发现，MRI极大地放大了种子磁场的制度，而不是阿尔文模式，但浮力模式发挥了主要作用，在指数增长阶段。核磁共振成像确实对超新星动力学有着强大的影响。它使激波膨胀更快，爆炸更有活力，有些模型伴随着准直喷流的形成。然而，这些效果，是不是由磁压力除了准直喷流的形成。由磁共振引起的角动量转移导致加热区域的扩大，由此吸积物质获得额外的时间被中微子加热。磁共振成像还将低$Y_p$物质从核心内部深处漂移到加热区域，这使得净中微子加热速率因电子捕获而减少冷却而变大。这两种效应提高了中微子加热的效率，这被认为是促进爆炸的关键。事实上，我们发现，当净中微子加热被关闭时，我们的模型爆炸要弱得多。在目前的模拟中，即使在最强磁场的情况下，中微子加热对爆炸能量的贡献也可以达到60%.
2016-01-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Empirical assessment of cosmic ray propagation in magnetized molecular cloud complexes
分子云是复杂的磁化结构，在很宽的尺度范围内变化。在致密的、屏蔽的分子云团和核心中的电离被认为是由带电的宇宙射线（CR）引起的。这些CR还可以有助于加热分子云深处的气体，并且在CR丰富的环境中，它们的效果可能是显著的。CR在具有无序磁场的介质中主要通过扩散传播。因此，分子云中复杂的磁性结构决定了CRs在其中的传播和空间分布，从而调节其局部电离和加热模式。通过分子云的星光的光学和近红外（NIR）偏振通常用于跟踪磁场。磁化分子云复合物中的CR扩散系数可以从这些光学/近红外星光偏振中观察到的波动来推断。在这里，我们提出了预期的CR加热模式的IC 5146，从光学/近红外观测确定的恒星形成的灯丝的计算。我们的计算表明，当地条件引起CR传播的实质性变化。这会影响局部CR加热功率。在富含CRs的恒星形成星系中，这种影响预计会很严重。这些星系中的分子云可能与CRs不太丰富的星系中的分子云演化不同。
2021-07-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Explaining the thermal emission of old neutron stars with rotochemical heating and magnetized superconducting protons
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación（教育与科学都市大学）；Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP)（天体物理学与行星学研究所在）；Indiana University（印第安纳大学）
研究发现，老中子星的热辐射可通过旋转化学加热和磁化超导质子机制解释，质子配对间隙较大而中子间隙较小，毫秒脉冲星需弱磁场。
2026-01-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
Non-thermal Gamma-ray Emission from Delayed Pair Breakdown in a Magnetized and Photon-rich Outflow
我们考虑延迟，体积加热的磁化流出，已打破了封闭介质，并扩大到高洛伦兹因子（$Γ\sim 10^2-10^3$）和低光学深度散射（$τ_{\rm T} \sim 10^{-3}-10^{-2}$）。崩落时的能流主要由磁场控制，准热伽马射线的贡献较小，其能谱在论文I中计算。我们专注于极端的重子耗尽的磁化材料的情况下，但允许一个单独的重子组件，是夹带从限制介质。耗散是由这两个分量之间的相对论运动驱动的，一旦光子密度下降到低于$ 4\times 10^3(Y_e/0.5)^{-1}$，这种相对论运动就会发展。我们首先计算出的磁化组件的加速度以下突破，嵌入式MHD湍流提供了显着的惯性，忽略这导致不切实际的高流量洛伦兹因子的估计。重新加热开始后，对和光子分布的演变自洽使用一个区域的动力学代码，结合了精确的治疗康普顿散射，对生产和湮灭，和库仑散射。加热导致电子对产生激增，散射深度在$τ_{\rm T} \sim$ 1-4处饱和。等离子体保持非常低的粒子与磁压的比率，并且可以支持带电粒子分布中的强各向异性，其中冷却由康普顿散射主导。通过改变热输入与准热光子中种子能量的比值，得到了光子指数在伽玛暴（$-3 < β< -3/2$）中观测范围内的高能幂律谱。我们对比我们的结果与那些持续加热的扩大光球，并表明，后者的模型产生的软硬演化是不一致的伽玛暴的观测。
2014-06-18 astro-ph.HE
Ion-electron instabilities in the precursor of weakly magnetized, transrelativistic shocks
本文研究弱磁化跨相对论无碰撞激波前驱区中的离子-电子不稳定性，揭示静电预加热可突破冷重子负载限制并促进大尺度成丝模式增长。
2024-07-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Thermonuclear Fusion Triggered by Collapsing Standing Whistler Waves in Magnetized Overdense Plasmas
利用二维和一维粒子模拟方法研究了哨声驻波引发的热聚变等离子体。当驻哨声波由于离子等离子体波的破波而塌陷时，电磁波的能量直接转移到离子动能。在这里，我们发现，即使在多维模拟的多离子物种的目标，如氘氚（DT）冰和固体氨硼烷（H $_6$ BN）的离子加热的哨声驻波是可操作的。离子的能量转换效率变得高达注入的激光能量的15%，这显著地取决于靶厚度和激光脉冲持续时间。如果选择合适的激光等离子体条件，离子温度可以达到几十keV或更高。用这种方法产生的DT聚变等离子体作为有效的中子源是非常有用的。我们的数值模拟表明，中子产生效率超过10 $^9$ n/J每球面度，这是超越了目前的国家的最先进的激光实验的成就。驻波哨声加热将扩大磁约束激光聚变的替代点火设计的实验可能性，也为更困难的聚变反应，包括非中子质子硼反应。
2020-01-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle dynamics in nonlinear electromagnetic waves: chaos onset, diffusive heating, and wave surfing
Department of Physics and Astronomy, Purdue University（普渡大学物理与天文系）
研究强磁化等离子体中带电粒子与超强电磁X模相互作用的动力学，通过Chirikov共振重叠等机制分析混沌起始，用模拟验证理论，发现相空间流再层流化不完全致粒子不同运动状态。
2026-07-07 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
Particle In Cell Simulations of Mildly Relativistic Outflows in Kilonova Emissions
本项目使用 VPIC 代码模拟中子星并合潮汐抛射物驱动的 mildly relativistic 无碰撞激波，研究激波形成、磁场产生和粒子加速，为引力波探测的晚期电磁对应体观测提供理论依据。
2023-05-19 astro-ph.HE
GRB Spectrum from Gradual Dissipation in a Magnetized Outflow
伽玛射线暴（GRB）瞬发光谱的建模有时需要一个（准）热谱分量除了带函数。在光球辐射模型中，预计在光球半径$r_{\rm ph}\sim10^{12}\,$ cm处释放一个因次光球耗散而变宽的显著热分量。我们考虑一个超相对论性强磁化外流与条纹风磁场结构进行逐步和连续的磁能耗散在$r<r_s$加热和加速流动，导致大量的洛伦兹因子$Γ(r)=Γ_\infty\min[1,(r/r_s)^{1/3}]$，其中通常$r_{\rm ph}<r_s$。类似的动力学和能量耗散率也预计在高度可变的磁化流出没有条纹/场反转。粒子能量注入的两种模式被认为是：（a）幂律电子，例如加速磁重联，和（b）连续分布加热的所有电子（和$e^\pm$ -对），例如由于MHD不稳定性。时间分辨的能量谱得到使用的数值代码，演变耦合动力学方程的光子-电子-正电子等离子体。我们发现（i）对于红移为$z$的源，热分量峰值在$(1+z)E_{\rm pk}\sim0.2-1\,$ MeV，如果总注入能量密度超过热分量，热分量变为次显性;（ii）幂律电子主要通过同步辐射冷却，而在分布加热方案中，温和的相对论和几乎单能电子通过热峰值光子的康普顿化冷却，（iii）这两种情况都可以在$E_{\rm br}\approx E_{\rm th}$处产生低能突破，以及（iv）在幂律注入情况下，$0.5(1+z)^{-1}\,$ keV X射线…
2020-09-16 astro-ph.HE
Gamma-ray bursts from magnetized collisionally-heated jets
产生伽马射线暴（GRB）的喷流很可能携带相对于质子成分漂移的中子成分。中子-质子碰撞强烈加热喷流并产生电子-正电子对。我们调查这种加热产生的辐射使用一个新的数字代码。我们的结果证实了最近的说法，碰撞加热产生所观察到的带型谱的伽玛暴。我们将该模型扩展到研究磁场对发射光谱的影响。我们发现，频谱峰值保持在1兆电子伏附近的磁化参数$0<ε_B<2$，在我们的模拟探索的整个范围。随着$ε_B$的增加，光谱的低能量部分软化，并且在keV带中出现可见的软过量。光谱的高能量部分远高于GeV范围，并有助于费米/LAT观察到的即时发射。总的来说，碰撞机制产生的辐射光谱似乎与观测结果一致，没有对参数进行微调。
2011-06-26 astro-ph.HE
Evolution of the Magnetized, Neutrino-Cooled Accretion Disk in the Aftermath of a Black Hole Neutron Star Binary Merger
由致密双星合并形成的黑洞-环面系统是伽马射线暴（GRB）的可能发动机。在合并后残留物的早期演化过程中，环的状态是由中微子冷却和磁驱动加热过程的组合决定的，因此现实的模型必须包括这两种影响。本文利用谱爱因斯坦程序（SpEC）研究了磁化黑洞-中子星双星系统的并合后演化.我们使用有限温度的核物质状态方程，并在泄漏近似下考虑中微子效应。为了达到所需的精度，我们介绍了改进的SpEC的实施广义相对论磁流体动力学（MHD），包括使用立方体球多面体网格和改进的方法处理超音速吸积流原始变量恢复是困难的。我们发现，种子磁场触发一个持续的热源，但其热效应在很大程度上被抵消的吸积和扩展的环面从MHD相关的角动量输运。中微子光度在模拟开始时达到峰值，然后在前20 ms显著下降，但磁化和非磁化磁盘的方式大致相同。加热速率和盘的光度在此后下降得慢得多。这些演化特征对网格结构和分辨率、MHD方程的公式化和种子场强度不敏感，尽管湍流效应并不完全收敛
2017-10-20 astro-ph.HE gr-qc
A parameter survey of Sgr A* radiative models from GRMHD simulations with self-consistent electron heating
银河系中心黑洞候选者Sgr A* 是研究低光度吸积物理学的最佳目标，包括近红外和亚毫米波长长基线干涉测量实验。在这里，我们比较图像和光谱产生的广义相对论MHD模拟的一组无线电近红外观测的Sgr A* 的参数调查。我们的模型跨越了弱磁化和强磁化的限制，并使用了一系列的子网格处方的电子加热。我们发现两类方案可以解释宽形状的亚毫米光谱峰值和高度可变的近红外耀斑发射。弱磁化的“圆盘喷射”模型，其中大部分发射产生于喷射壁附近，与过去的工作一致，以及强磁化（磁制动盘）模型，其中热电子无处不在。由于强法拉第旋转，喷流模型在亚毫米波长处强烈去极化，这与Sgr A* 的观测结果不一致。相反，我们倾向于强磁化模型，它提供了一个很好的描述的中位数和高度可变的线性极化信号。同样的模型也可以解释所观察到的平均法拉第旋转测量和潜在的偏振信号最近看到的Sgr A* 近红外耀斑。
2020-03-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Two-dimensional particle simulation of the boundary between a hot pair plasma and magnetized electrons and protons: out-of-plane magnetic field
本文通过二维PIC模拟考察面外磁场下非磁化相对论对等离子体与静止磁化电子—质子等离子体的边界作用，揭示电磁脉冲、不稳定性及类间断过渡层的形成。
2022-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic simulations of mildly relativistic shocks I: particle acceleration in high Mach number shocks
我们使用完全动力学的粒子在细胞中的模拟与前所未有的大的横向盒的大小来研究粒子加速弱磁化温和相对论性的冲击，在速度$\approx 0.75c$和马赫数为15。我们研究了亚光速（准平行）和超光速（准垂直）的磁场方向。我们发现，准平行冲击介导的非热离子驱动的非共振（贝尔）不稳定性，产生的尺度上的磁波动的离子回旋半径。在准平行冲击中，电子和离子都被加速到非热幂律，其最大能量随时间线性增长。电子的上游加热很小，两种物质进入激波阵面时处于大致的热平衡。冲击波的结构很复杂，反射的非热离子流抽空了上游的空腔，这些空腔一旦平流到下游就形成了放大的磁场细丝。在后期，冲击波能量的$10\%$进入非热质子，而$\gtrsim10\%$进入磁场。我们发现，适当地捕获由非热离子驱动的磁湍流是重要的，正确地测量非热电子的能量分数，$ε_e$。我们发现$ε_e\sim 5\times10^{-4}$准平行冲击与$v=0.75c$，略大于在非相对论冲击模拟测量。在准垂直冲击中，离子或电子中不存在非热幂律。准平行激波中的离子加速效率表明，可能存在轻度相对论性准平行激波的天体-例如，活动星系核或微类星体的喷流-可能是宇宙射线及其次级辐射（如伽马射线和中微子）的重要来源。
2018-09-28 astro-ph.HE
Binary Black-Hole Mergers in Magnetized Disks: Simulations in Full General Relativity
我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，磁流体动力学（GRMHD）模拟的等质量黑洞二进制（BHBH）在磁化，环二进制吸积盘。我们模拟前和后解耦阶段的BHBH磁盘系统和“冷却”和“无冷却”的气体流动。在解耦之前，由于MHD湍流，双星潮汐力矩和有效粘性力矩之间的竞争耗尽了双星轨道内部的盘。然而，它也诱导双流吸积流和温和的相对论极性流出的黑洞。在退耦之后，但在气体填充残骸周围的低密度“空洞”之前，吸积率降低，而在合并之后，由于冲击加热和吸积到旋转的BH残骸上，电磁（EM）光度迅速增强。这项调查，虽然初步的，预览更详细的GRMHD模拟，我们计划在未来的预期，同时检测引力和EM辐射合并BHBH磁盘系统进行。
2012-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
On a GRB afterglow model consistent with hypernovae observations
我们描述了一个双星驱动的超新星（BdHN）的背景下的长伽玛射线暴（GRB）130427 A的余辉。余辉起源于一颗新诞生的中子星（$ν$ NS），由一颗Ic超新星（SN）和一颗超新星（HN）的温和相对论性喷出物之间的相互作用。这样的HN又是由GRB对原始SN Ic的撞击造成的。利用我们的模型无关方法，从$196$ ~s和$461$ ~s之间的热辐射确定了余辉的温和相对论膨胀速度（$Γ\sim 3$）。在余辉的光学和X射线波段的幂律被示出产生的相对论电子在膨胀磁化HN喷出物的同步辐射。两个组件有助于注入的能量：温和的相对论性膨胀HN的动能和快速旋转的高磁化$ν$ NS的旋转能。我们再现了从光学（$10^{14}$ ~Hz）到X射线波段（$10^{19}$ ~Hz）的所有波长的余辉，时间从$604$ ~s到$5.18\times 10^6$ ~s，相对于费米GBM触发。最初，排放由HN组分的动能损失主导。在$10^5$ ~s之后，发射由$ν$ NS的旋转能量的损失主导，为此，我们采用$2$ ~ms的初始旋转周期和$\lesssim \! 7\times 10^{12}$ ~G或$\sim \! 10^{14}$ ~G的偶极加四极磁场。这种由CO $_{\rm core}$和NS伴星组成的祖先的场景不同于传统的对起源于单个黑洞的余辉的超相对论喷射处理。
2018-10-23 astro-ph.HE
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
Relativistically Magnetized Collisionless Shocks in Pair Plasma: I. Solitons, Chaos, and Thermalization
本文提出相对论性磁化无碰撞激波的新理论模型，揭示其耗散源于准周期孤子结构中轨道混沌而非集体等离子体作用，并恢复Rankine-Hugoniot条件、推导熵产生率与热化过程。
2025-05-06 astro-ph.HE nlin.CD physics.plasm-ph
The Mechanisms of Electron Heating and Acceleration during Magnetic Reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联中电子的加热问题。在这种情况下，平行于B的电场直接加速粒子，而垂直于B的电场则通过梯度B和曲率漂移来加速粒子。曲率漂移通过费米反射驱动平行加热，而梯度B漂移通过电子感应加速器加速改变垂直能量。我们目前的模拟，我们评估这些机制在空间和时间，以量化它们在电子加热中的作用。对于具有小引导场（重连分量的幅度的20%）的情况，曲率漂移是电子加热的主要来源。然而，对于较大的引导场（等于重连分量的大小），由曲率漂移引起的电子加速与平行电场的电子加速相当。在这两种情况下，梯度B漂移引起的加热在幅度上可以忽略不计。加热的曲率漂移占主导地位的外流排气弯曲的磁力线扩大放松其张力，因此分布在一个大面积。相反，平行电场局限于X线附近。平行电场的加速在X线占据系统的消失部分的大系统中可能起较小的作用。曲率漂移和平行电场主导动力学并驱动平行加热。结果是电子能谱在后期变得极其各向异性，这对于量化由于同步辐射引起的电子加速的极限具有重要意义。通过平衡重联驱动与辐射损失，获得了大大高于早期估计的电子能量增益的上限。
2014-06-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Electron Heating in a Relativistic, Weibel-Unstable Plasma
采用粒子模拟方法，对两束初始未磁化的相对论逆流均匀离子-电子等离子体束的动力学过程进行了二维数值模拟。结果表明，电流细丝，这是由于韦伯不稳定性的形式，发展一个大规模的纵向电场的方向相反的电流所携带的细丝的理论预测。电流丝中快速移动的离子由于该纵向电场而减速。相同的纵向电场，这是部分感应和部分静电，被确定为电流丝中的电子加速的主要来源。横向电场虽然大于纵向电场，但在加热电子方面所起的作用较小，这与先前的权利要求相反。研究发现，在一维中，电子被强烈磁化，并被\textit{not}加速超过其初始动能。相反，电子的加热通过灯丝的弯曲和破裂而增强，这释放了否则将被捕获在单个灯丝内的电子，并且因此根据楞次定律经由感应减缓了韦伯不稳定性的发展（即，磁场增长）。在2D模拟中，电子被加热到离子初始动能的大约四分之一。最大磁能约为4%，在模拟结束时衰减到不到1%。大部分电子的加热发生在纵向电场仍在增长时，而只有一小部分加热是随后的磁场衰减的结果。离子被发现逐渐减速，直到模拟结束时，他们保留的残余各向异性小于10%。
2015-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetorotational Explosion of A Massive Star Supported by Neutrino Heating in General Relativistic Three Dimensional Simulations
我们提出的三维（3D），辐射磁流体动力学（MHD）模拟的核心坍缩超新星在完整的广义相对论（GR）与光谱中微子输运的结果。为了研究祖先星自转和磁场的影响，我们计算了三个模型，其中参数化地包含了20 M $_{\odot}$星的坍缩前自转速率和磁场。虽然我们在我们的模拟时间内（反弹后的$\sim500$ ms）没有发现我们的两个非磁化模型中的激波复兴，但在我们的快速旋转和强磁化模型中，磁旋转（MR）驱动的激波膨胀在反弹后立即启动。我们表明，膨胀的MR驱动的流向极方向主要是由磁压驱动，而冲击膨胀向赤道方向是由中微子加热。我们的详细分析表明，所谓的扭结不稳定性的增长可能会阻碍准直射流，导致更广泛的外流的形成。此外，我们还发现只有在MR爆炸模型中才有轻子数的偶极辐射，其不对称性与爆炸形态相一致。虽然它是类似的轻子数发射自持不对称（LESA），我们的分析表明，偶极发射发生的质子中子星对流区，但从上面的中微子球表明，它是不相关的LESA。我们还报告了几个独特的中微子签名，这是显着依赖于时间和视角，如果观察到，可能提供了丰富的信息关于MR驱动的爆炸的开始。
2020-05-12 astro-ph.HE
The Origin of the Slow-to-Alfvén Wave Cascade Power Ratio and its Implications for Particle Heating in Accretion Flows
本文研究磁化剪切流中湍流能量注入慢波与阿尔芬波级联的功率比机制，通过磁流体动力学剪切盒模拟确定该比率对吸积流宏观参数的依赖关系，并据此构建离子-电子加热比的局部亚网格模型。
2024-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Atmosphere of strongly magnetized neutron stars heated by particle bombardment
强磁化的中子星（如磁星）的磁层可以维持大的电流。带电粒子返回表面时具有大的洛伦兹因子，产生粒子轰击。本文研究了强磁化中子星在粒子轰击加热条件下的辐射输运。在爱丁顿近似下，考虑了强磁场引起的极化效应，求解了灰色大气的辐射转移方程。该解决方案显示了热外层和低（均匀）温度大气内部的形成。这表明出射光谱可以由单个黑体描述，可能形成光学/红外过量（低于约1 eV）。我们还发现，偏振强烈依赖于粒子轰击的亮度和穿透长度。因此，从活跃的来源，如瞬态磁星，其中的光度减少了几个数量级的热辐射，可能会显示出显着变化的偏振模式在爆发下降。我们的研究结果可能是相关的，在未来的X射线偏振任务，如IXPE和eXTP。
2018-11-20 astro-ph.HE
Magnetized Shocks Mediated by Radiation from Leptonic and Hadronic Processes
Niels Bohr International Academy and DARK, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
研究磁化激波中辐射对粒子加速和光谱分布的影响，探讨磁化和非热辐射对激波结构的作用，揭示多信使辐射的预报重要性。
2026-04-13 astro-ph.HE
Particle Acceleration in Relativistic Magnetized Collisionless Electron-Ion Shocks
利用2.5维粒子模拟方法研究了相对论磁化无碰撞电子-离子冲击波的结构和粒子加速，离子与电子的质量比m_i/m_e为16 ~ 1000。我们探讨了冲击前磁场和冲击法线之间的倾斜角度范围。在“亚光速”激波中，相对论性粒子可以沿着磁场线在激波之前逃逸，离子通过类似费米的机制被有效地加速。下游离子谱由相对论麦克斯韦和高能幂律尾组成，其中包含约5%的离子和约30%的离子能量。斜率为-2.1。上游的电子以比离子更低的能量进入冲击波，因此它们与场的联系更紧密。因此，只有约1%的入射电子在被平流到下游之前在冲击波处被费米加速，在那里它们占据了陡峭的幂律尾部（斜率为-3.5）。对于“超光速”冲击，相对论粒子不能超越沿场的冲击，自生湍流不足以允许有效的费米加速，离子和电子下游光谱与热分布一致。由于冲击波发射到上游的强烈电磁波，入射电子被加热到与离子均分。因此，有效的电子加热（>15%的上游离子能量）是相对论性电子-离子冲击的普遍属性，但在磁化流中很难实现电子的显著非热加速（>2%的数量，>10%的能量，斜率小于-2.5），并且需要弱磁化冲击（磁化<1 e-3）。这些发现对活动星系核喷流和伽马射线暴的模型提出了重要的限制，这些喷流和伽玛射线暴在相对论磁化电子-离子冲击中引起粒子加速。
2010-08-31 astro-ph.HE
Three-Dimensional General-Relativistic Simulations of Neutrino-Driven Winds from Magnetized Proto-Neutron Stars
本文利用三维GRMHD模拟研究强偶极磁场PNS的中微子驱动风，发现闭合区物质约60 ms后喷出，其高熵可使不少于1%的赤道喷出物实现第二峰$r$-过程。
2023-06-06 astro-ph.HE gr-qc
Suppression of parallel transport in turbulent magnetized plasmas and its impact on non-thermal and thermal aspects of solar flares
在太阳耀斑中，热电子和超热电子中所含能量的传输在我们理解耀斑现象的许多方面，从硬X射线发射的空间分布到全球能量学，都起着关键作用。最近的{ \em RHESSI}观测指出，存在一种机制，限制电子的耀斑环的日冕部分更有效地比库仑碰撞的动机，我们在这里考虑的影响，俯仰角散射湍流磁波动的电子在耀斑日冕环的平行运输。它示出，除了库仑碰撞散射这样的散射机制的存在下，可以显着降低平行的热传导率和电导率相对于它们的碰撞值。我们提供了说明性的表达式所产生的热电系数，涉及的热通量和电流密度的温度梯度和所施加的电场。然后，我们评估这些修改后的传输系数对耀斑日冕温度，可以达到的效果，后脉冲阶段冷却的加热日冕等离子体，和对环境加热和加速电子的能量损失率的重要性的束中和返回电流。我们还讨论了可能的方式，异常传输过程有影响所需的总能量与加速电子在太阳耀斑。
2016-03-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cosmic ray and plasma coupling for isothermal supersonic turbulence in the magnetized interstellar medium
本文利用双矩宇宙线磁流体动力学模型研究冷星际介质中宇宙线扩散与流动对磁化湍流等离子体的影响，通过定义普朗特数划分耦合与退耦合状态，揭示耦合状态下宇宙线改变声速、降低湍流马赫数并促进长期加热的机制。
2025-06-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Numerical Simulations of Driven Relativistic MHD Turbulence
各种各样的天体物理现象都涉及具有相对论速度或能量密度的湍流磁化气体的流动。例子包括伽马射线暴、活动星系核、类星体、磁星、微类星体、合并中子星、X射线双星、一些超新星和早期宇宙。为了阐明这些系统中存在的相对论磁流体动力学（RMHD）湍流的基本性质，我们提出了充分发展的驱动湍流在相对论温暖，弱磁化和温和的可压缩理想流体的数值模拟结果。我们使用高阶Goddom程序在1024^3区域的均匀网格上对RMHD方程进行了多次动力学演化。我们观察到的增长的磁能从种子场通过饱和在约1%的总流体能量。我们计算了速度和密度加权速度的功率谱，并得出结论，惯性标度与-5/3的斜率一致。我们计算了p阶至11阶的纵向和横向速度结构函数，并讨论了它们与非相对论介质预期标度的可能偏差。我们还计算了相干速度结构相对于局部磁场的尺度依赖性失真，发现一个较弱的尺度依赖性比预期的不可压缩的非相对论流具有较强的平均场。
2011-09-19 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.flu-dyn
Balancing Turbulent Heating with Radiative Cooling in Blazars
最近，粒子在细胞（PIC）模拟表明，在无碰撞等离子体中的相对论性湍流可以导致一个平衡的粒子分布函数，其中湍流加热平衡的辐射冷却的电子。强磁化等离子体的特征是具有更高的能量峰值和更宽的粒子分布。在相对论运动的天体物理喷流中，人们认为，喷流是由坡印廷通量主导的，由此产生的磁不稳定性可能在喷流内部产生湍流环境，即，相对论性湍流的状态。在本文中，我们扩展以前的PIC模拟结果，等离子体磁化强度较大的值，通过线性外推的扩散和平流系数相关的湍流等离子体考虑。我们利用这些结果建立了一个基于blazar发射区全局参数的单区湍流喷流模型，并一致地计算了粒子分布和由此产生的同步辐射和逆康普顿发射谱。然后，我们测试我们的模型进行比较，其预测与宽带静态发射光谱的十几个耀变体。我们的研究结果表明，低同步辐射峰值（LSP）源的观测结果吻合得很好，并发现LSP是中等坡印廷通量为主的磁化$1\lesssim σ\lesssim 5$，有大量的洛伦兹因子$Γ\sim 10-30$，湍流区位于边缘，或刚刚超过，宽线区（BLR）。湍流被发现是在一个区域驱动的射流截面。
2022-01-19 astro-ph.HE
Chiral effects and Joule heating in hot and dense matter
Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of South Dakota（南达科他大学）
研究探讨了高密度物质中非零电子手性不平衡初始态通过手性等离子体不稳定性产生强磁场的机制，并发现高温下手性磁场增长机制反转，同时识别了手性磁效应在磁化高温高密度介质中作为焦耳加热源的新效应。
2026-04-30 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
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
Shock-induced chiral magnetic effect
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Indiana University（印第安纳大学）
冲击波在中子星合并和核心坍缩过程中可维持手性等离子体不稳定性并产生强加热
2026-08-12 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
