Enhanced Magnetic Field Amplification by Ion-Beam Weibel Instability in Weakly Magnetized Astrophysical Shocks
本文研究弱磁化激波中离子束韦贝尔不稳定性，发现背景磁场会显著影响其演化，并通过粒子模拟揭示磁化电子情形下存在类发电机磁场放大机制，最终引发自发磁重联，适用于年轻超新星遗迹激波。
2023-12-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Are $E>B$ regions essential for particle injection in relativistic magnetic reconnection?
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Center for Integrated Plasma Studies, Department of Physics, 390 UCB, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA（科罗拉多大学博尔德分校等离子体综合研究中心物理系）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；New Mexico Consortium（新墨西哥联盟）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）
该研究通过全动力学粒子模拟发现，二维零导向场非辐射对等离子体重联中，E>B区域既非粒子注入必要条件，也非预注入做功主要来源。
2026-10-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Opacities and spectra of hydrogen atmospheres of moderately magnetized neutron stars
有观测证据表明，超新星遗迹中的中心致密天体（CCO）具有中等强度的磁场$B\sim10^{11}$ G。同时，现有的强磁场中子星部分电离氢大气模型仅限于$B\gtrsim10^{12}$ G.我们扩展状态方程和辐射不透明度，在以前的论文中提出的$10^{12}\mbox{ G}\lesssim B \lesssim 10^{15}$ G，较弱的领域。本文给出了部分离化氢等离子体在磁场$B$、温度$T$和密度$ρ$下的状态方程和辐射不透明度，这些都是CCO和其它中等强磁场的孤立中子星大气的典型情况。一阶和二阶热力学函数，单色辐射不透明度，Rosseland平均不透明度计算和制表，考虑到部分电离，为$3\times10^{10}\mbox{ G}\lesssim B\lesssim 10^{12}$ G，$10^5$ K $\lesssim T\lesssim 10^7$ K，和广泛的密度。计算大气模型和光谱，以验证结果的适用性，并确定磁场和有效温度的范围内的氢等离子体的不完全电离是重要的。
2014-09-26 astro-ph.HE
Dynamics of rising magnetized cavities and UHECR acceleration in clusters of galaxies
研究了活动星系核喷流在星系团中产生的低密度空洞的膨胀。这些空腔的长期稳定性需要存在链接的磁场。我们发现的解决方案描述的自相似膨胀的结构包含大规模的电磁场。与无力的spheromak状配置不同，这些解决方案没有表面电流，因此不易受电阻衰减的影响。空腔内部受外部压力限制，表面梯度为零。如果腔内等离子体的绝热指数为$Γ>4/3$，则膨胀最终导致大尺度电流片的形成。由此产生的磁场耗散只能部分抵消无线电发射电子的绝热和辐射损失。我们证明，如果大规模的电流片的形成伴随着爆炸重联的磁场，由此产生的重联层可以加速宇宙射线超高能。我们推测，朝向半人马座A的UHECR的增强的通量起源于由于磁重联的空腔。
2011-05-30 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Chaos-induced resistivity in different magnetic configurations
人们普遍认为，磁重联在空间和天体物理等离子体的各种爆发现象中起着重要作用。然而，异常电阻率的形成机制一直是一个悬而未决的问题。Yoshida（1998）提出的混沌电阻率是电阻率异常的可能机制之一。利用测试粒子模拟方法研究了不同重联磁场位形下的混沌感生电阻率及其在重联电流片不同混沌区的分布。结果表明，在X型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高6-7个数量级，在O型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高5个数量级。此外，在X型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率比未磁化情况下的混沌感生电阻率高2 ~ 3倍，而在O型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率接近或低于未磁化情况下的混沌感生电阻率。本文的工作有助于了解重联电流片的动力学，特别是无碰撞重联区异常电阻率的产生机制。
2020-09-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Large-Amplitude Blazar Polarization Angle Swing as a Signature of Magnetic Reconnection
相对论性磁重联事件广泛存在于天体物理系统中的磁化等离子体中。在这个过程中，方向相反的磁场线重新连接并释放磁能，有效地加速非热粒子。然而，到目前为止，在天体物理系统中，相对论性磁重联事件的观测特征还不清楚。耀变体是从超大质量黑洞流出的相对论性磁化等离子体。它们的多波长耀斑可能由相对论性磁重联提供动力。高度可变的辐射和偏振特征被多波长观测活动很好地覆盖，使它们成为检查磁重联模型的理想目标。最近的观测发现，一些耀变体耀斑伴随着光学偏振角摆动，其幅度可能与$> 180^{\circ}$一样大，挑战了现有的理论模型。在本文中，我们提出了集成的粒子在细胞（PIC）和极化辐射传输模拟的磁重联事件。我们发现，在重联层中的等离子体团合并可以引起高度可变的光变曲线，低和波动的偏振度，和旋转的偏振角。特别是，大幅度的偏振角摆动，类似于在耀变体耀斑期间观察到的，可以是相对论性磁重联事件的独特签名。
2018-07-23 astro-ph.HE
Relativistic magnetic reconnection at X-type neutral points
本文研究了二维X点附近磁扰动振荡阻尼的相对论效应。在考虑位移电流的情况下，我们研究了阿尔文速度接近光速的极端磁化系统的新特性。最小阻尼模式的频率计算使用线性化的相对论MHD方程的Lundquist数S和磁化参数$σ$的宽范围。这些时间尺度在大电阻极限中接近恒定值：振荡时间变为光交叉时间的几倍，与$σ$无关，并且衰减时间与$σ$成比例，因此对于高磁化系统而言更长。
2011-04-06 astro-ph.HE
ULX collimation by outflows in moderately magnetized neutron stars
通过GRRMHD模拟发现，中等磁化中子星的超爱丁顿吸积外流可准直辐射，使表观光度达100爱丁顿，且弱磁场（10^10 G）比强磁场（10^11 G）更有利于产生超亮X射线源。
2025-02-17 astro-ph.HE
Hard particle spectra of galactic X-ray sources by relativistic magnetic reconnection in laser lab
磁重联是指不同方向的磁场线相互“重联”，导致磁场拓扑重新排列，并将磁场能转化为动能（K. E.）高能粒子。这一过程发生在磁化的天文等离子体中，如日冕、地球磁层和活动星系核中的等离子体，并解释了各种现象，如太阳耀斑、高能粒子加速和光子发射的动力。本文报道了相对论电子磁化情况下的磁重联实验，以及在电子和质子能谱中观察到的幂律分布的流出。用强激光照射“微线圈”，产生相对论磁化等离子体，并在最大磁场3 kT下实现了磁重联。在下游流出方向上，在电子和质子光谱的高能部分观察到非热分量，电子光谱的幂律斜率明显更硬（p = 1.535 +/- 0.015），这与解释天鹅座X-1（具有相同磁化阶数的银河系X射线源）硬发射尾的电子注入模型相似。实验结果表明，银河X射线源发射区的磁化条件足以通过磁重联建立硬电子布居。
2019-04-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A model of global magnetic reconnection rate in relativistic collisionless plasmas
建立了一个相对论无碰撞等离子体中整体磁重联率的模型，并通过全动力学模拟进行了验证。通过考虑扩散区上游和下游的力平衡，我们证明了在强磁化等离子体中，即使当局部速率达到$\sim O(1)$且局部流入速度接近光速时，全局速率仍受一个值$\sim 0.3$的约束.所导出的模型是通用的，可应用于各种情况下的磁重联。
2016-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle acceleration by turbulent-driven magnetic reconnection and the production of gamma-rays and neutrinos in AGNs
本文回顾了3D湍流磁重联如何高效驱动粒子加速至极高能量，并探讨其在AGN喷流和吸积盘中解释伽马射线与中微子发射的潜力。
2025-04-04 astro-ph.HE
Reconnection-driven particle acceleration in relativistic shear flows
剪切流中的粒子散射被用来解释相对论性天体物理喷流边界的非热发射。然而，粒子注入的物理学，即，允许热粒子参与剪切驱动加速的机制仍然未知。利用粒子模拟方法，研究了相对论性磁主导的电子-正电子喷流与弱磁化的电子-离子环境等离子体之间的速度剪切所导致的Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性的发展.我们发现，在其非线性阶段，KH涡产生动力学尺度的重联层，有效地激励射流粒子，从而提供了一个第一原理机制，粒子注入到剪切驱动的加速。我们的工作支持喷流发射的脊柱鞘模型-快速的核心/脊柱被较慢的鞘包围-并且可以解释相对论喷流边界处的无线电发射电子的起源。
2020-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Statistics of Reconnection-Driven Turbulence
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。在标准的斯威特-帕克模型中，这个过程太慢，无法解释观测结果（例如太阳耀斑）。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会引起磁场冻结线的交叉和磁重联。在湍流存在的情况下，重连与微观等离子体特性无关，并且可能比以前认为的要快得多，如Lazarian & Vishniac（1999）所提出的和Kowal等人（2009，2012）所测试的。然而，在Lazarian-Vishniac模型中考虑的湍流是外部强加的。在这项工作中，我们考虑重联驱动的磁化湍流在现实的三维几何随机噪声发起。我们通过数值模拟表明，随机重联是能够通过其流出之间的相互作用自生湍流。利用功率谱和各向异性标度分析了速度涨落的统计特性，结果表明重联产生了与Goldreich-Sridhar（1995）模型一致的Kolmogorov型湍流.然而，各向异性的统计，强烈影响的动态重联流出。一旦形成了宽湍流区，就形成了典型的各向异性标度$l_\parallel \propto l_\perp^{2/3}$，特别是对于高分辨率模式，因为有更宽的标度范围。重联流出的衰减到类似磁场的波动，其特征在于不同的各向异性标度，强烈依赖于$β$等离子体。此外，估计的重连率弱依赖于分辨率，这表明不需要外部过程来快速重连。
2017-02-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Richtmyer-Meshkov Type Instability of a Current Sheet in a Relativistically Magnetized Plasma
研究了在引导磁场作用下，电流片在冲击波作用下的线性稳定性。我们发现，相对论磁化等离子体中的电流片总是表现出Richtmyer-Meshkov型不稳定性，但它依赖于牛顿极限下的密度结构。不稳定性的增长预计会在电流片周围产生湍流，这可以诱导所谓的湍流重联，其速率基本上不受等离子体电阻率的影响。因此，在脉冲星风星云、伽马射线暴和活动星系核等高能天体物理现象中，冲击波可能起着至关重要的作用。
2012-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Detection of current-sheet and bipolar ion flows in a self-generated antiparallel magnetic field of laser-produced plasmas for magnetic reconnection research
利用光学诊断方法研究了激光产生的磁化等离子体中的磁重联。磁场通过比尔曼电池效应产生，并且反向磁场线彼此相互作用。自发射测量表明，两个碰撞等离子体停滞在一个中平面上，形成两个平面密集区，它们相互作用的时间较晚。激光汤姆逊散射谱在自生磁场方向上发生畸变，表明离子速度分布和等离子体加速不对称。此外，垂直于磁场的光谱显示不同的峰强度，表明电子电流的形成。这些结果被解释为磁场耗散、重联和外流加速。双向激光汤姆逊散射，如这里所讨论的，是一个强大的工具，在重联区域的微观物理研究。
2022-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
UHECRs from magnetic reconnection in relativistic jets
超高能宇宙射线（UHECR）可能产生于活动星系核（AGN）或伽马射线暴（GRB）喷流中。我认为，磁重联射流可以加速UHECR，而独立的物理过程中的磁耗散区。一阶费米加速可以有效地发生在未连接（上游）磁化流体收敛到重联层的区域。我发现质子在伽玛暴和强活动星系核喷流中的能量可达E~10^{20} eV，而铁核在亮度较中等的活动星系核喷流中的能量可达E~10^{20} eV。
2010-08-16 astro-ph.HE
Effective resistivity in relativistic collisionless plasmoid-mediated reconnection
本文通过PIC模拟研究相对论无碰撞等离子体团介导重联，发现非理想电场由非回旋热压力梯度驱动，并提出局域有效电阻率模型，为重联高能辐射的全局建模提供物理基础。
2025-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Inspiral of a Spinning Black Hole--Magnetized Neutron Star Binary: Increasing Charge and Electromagnetic Emission
黑洞-中子星双星的并合一直是天体物理学研究的热点之一，因为这类事件可能产生包括引力波和宽带电磁波在内的多信使信号。在本文中，我们研究了自旋BH和磁化NS组成的双星螺旋的电磁辐射。在观测上，BH通常比$\sim7M_\odot$质量更大，NS的质量为$\simeq 1.4M_\odot$。在这样一个双星的螺旋过程中，BH将根据Wald的充电情况积累越来越多的电荷，尽管BH最终将不可避免地吞下NS。通过磁偶极辐射、电偶极辐射和磁重联三种能量耗散机制计算了辐射的亮度和能量。我们发现，磁偶极子辐射由于自旋的越来越多的充电BH和磁重联之间的BH和NS可能是最显着的最后inspiral阶段。我们发现，如果BH快速旋转，NS被强烈磁化，这些机制将导致可检测的EM信号（例如，短持续时间的X射线瞬变）。
2019-03-08 astro-ph.HE
Relativistic Reconnection: an Efficient Source of Non-Thermal Particles
在磁化的天体物理外流中，场能量通过磁重联耗散为粒子能量，这常常被用来解释观测到的非热特征。利用二维和三维粒子模拟方法，研究了磁主导的正负电子等离子体中的反平行重联。我们的模拟扩展到前所未有的长时间和空间尺度，因此我们可以捕获系统的渐近状态超出初始瞬变，而没有任何人为的边界条件的限制。在后期，重联层被组织成一系列由细X线连接的大磁岛。等离子体团的不稳定性进一步将每条X线分裂成一系列较小的岛屿，由X点分隔。在X点，粒子变得非磁化，它们沿着重联电场加速。我们提供了明确的证据表明，在整个重联区域的后期粒子谱集成是一个幂律，其斜率是硬比-2的磁化强度σ>10。有效的粒子加速到非热能是二维和三维相对论重联长期演化的一般副产品。在三维中，漂移扭结模式在早期使重联层起皱，但长期演化由等离子体团不稳定性控制，这有利于有效的粒子加速，类似于二维物理。我们的发现对脉冲星风和相对论天体物理喷流中硬光子谱的产生具有重要意义。
2014-01-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic Hair and Reconnection in Black Hole Magnetospheres
广义相对论的无毛定理指出，孤立的黑洞由三个参数表征：质量、自旋和电荷。在这封信中，我们考虑克尔黑洞赋予高度磁化等离子体充满磁层。利用广义相对论动力学等离子体和电阻性磁流体力学模拟，我们表明，一个偶极磁场的事件视界打开到一个分裂的，并重新连接在一个等离子体团不稳定的电流片。在应力-能量张量的所有分量随时间呈指数衰减的意义上，无毛定理得到满足。测量了无碰撞和碰撞等离子体中等离子体团主导重联的事件视界上磁通量的衰减时间。当磁场很强时，重连的磁层应该是一个强有力的硬X射线发射源。
2021-09-29 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Pair-Regulated Klein-Nishina Relativistic Magnetic Reconnection with Applications to Blazars and Accreting Black Holes
相对论性磁重联是一种强大的媒介，通过它，在天体物理学中可以利用磁能，激发粒子，然后产生观测到的辐射。在一些系统中，最高能量的光子来自对由外部源供应的环境辐射浴进行康普顿化的粒子。如果发射粒子的能量足够高，这种逆康普顿（IC）散射就进入克莱因-西名区域，这与低能汤姆逊IC极限有两个显著的不同。首先，辐射损失变得固有地离散，粒子将其能量的一个阶单位分数传递给单个光子。第二，康普顿化光子可以与环境辐射成对产生，为磁重联的辐射反馈开辟了另一条通道。我们分析研究外部照明的高磁化重连系统，这两个影响是重要的。我们确定了一个普遍的（初始磁化独立）准稳态，其中从重连层发射的伽马射线被吸收在上游区域，和由此产生的热对占主导地位的流入等离子体的能量密度。然而，一个真正的对级联是不太可能的，和创建对的数密度仍然subdominant到原始等离子体的一个宽的参数范围。未来的粒子模拟研究可能会测试各个方面。对调节的Klein-Nishina重联可以解释平坦光谱射电类星体和黑洞吸积盘日冕的陡峭光谱（静止和闪耀）。
2021-07-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic magnetic reconnection in application to gamma-ray astrophysics
在GeV范围内的宇宙伽马射线辐射源通常以剧烈的变化为特征，特别是耀变体，伽马射线暴和脉冲星风星云蟹状星云。这种伽马射线发射需要非常有效的粒子加速机制。如果产生这种发射的环境是相对论磁化的（即，磁能密度甚至支配着物质的静止质量能量密度），那么能量耗散和粒子加速的最自然的机制就是相对论性磁重联。对这一机制进行了基础研究，通过动力学数值模拟的各种配置的无碰撞相对论性等离子体与使用的粒子在细胞算法。这种技术允许调查粒子加速机制的细节，包括辐射能量损失，并计算同步辐射和逆康普顿辐射的时间，空间，光谱和角分布。这些模拟的结果表明，观测到的辐射的有效变化时间尺度可以比模拟域的光交叉时间尺度短得多。
2018-08-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On the dynamic efficiency of internal shocks in magnetized relativistic outflows
我们研究了相对论磁化外流中内激波动能到热能/磁能转换的动力学效率。我们模型的内部冲击所造成的碰撞壳等离子体具有相同的能量通量和非零的相对速度。壳层之间发生相互作用的接触面可以分解成两个相对运动的激波（在接触面静止的坐标系中），或者分解成一个反向激波和一个向前稀疏。我们发现，对于中等磁化冲击（磁化$σ\simeq 0.1$），在一个单一的两壳层相互作用的动态效率可以高达40%。因此，中等磁化冲击的动态效率大于相应的非磁化两壳层相互作用。如果较慢的壳层以足够大的速度传播，则效率仅弱地依赖于其洛伦兹因子。因此，在耀变体和伽马射线暴的磁化流中，壳层相互作用的动力学效率实际上是相同的。这些结果在定量上与等离子体的状态方程无关。该过程的辐射效率预计是一个分数$f_r<1$的估计动态的，确切的值$f_r$取决于发射过程的特殊性辐射走的热能或磁能的冲击状态。
2009-09-07 astro-ph.HE
Free electron laser in magnetars/Fast Radio Bursts
讨论了磁星磁层中磁化对等离子体爆炸重联过程中的相干自由电子激光。该模型解释了快速射电暴/磁星射电辐射的许多显著特征：射电暴和高能暴的时间重合，等离子体动能向相干辐射的高转换效率，频率漂移的可变窄带辐射特征，高度的线偏振。该模型依赖于特定的磁漂移$e^\pm$等离子体组件（产生摆动场由于消防水龙带不稳定性的发展）和存在的重联产生的粒子束与温和的洛伦兹因子$γ_b \sim$几百。
2020-06-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
What we recently learnt about Crab: structure of the wind, the shock, flares and reconnection
我们可以探测观测和理论上再现最接近脉冲星的蟹状星云的复杂性质-内结。这个微小的结确实是一个准静态磁相对论激波表面的亮点，它可以加速粒子。产生内结的风必须具有较低的磁化强度;因此，它不是伽马射线耀斑的场所。本文提出了一个相对论性强磁化等离子体爆炸重联过程中粒子加速的模型，并应用该模型解释了蟹状星云伽玛射线耀斑。在磁通量合并的初始阶段，通过电荷饥饿的DC型电场有效地加速颗粒。由此可见，磁重联是高能天体物理源中粒子加速的一个重要过程，而且可能是主要过程。
2017-01-31 astro-ph.HE
First-Principles Theory of the Relativistic Magnetic Reconnection Rate in Astrophysical Pair Plasmas
我们发展了强磁化对等离子体中相对论性磁重联率的第一性原理模型。通过考虑x线附近的能量预算和所需的电流密度，我们分析表明，在磁主导的相对论制度，x线的热压力是显着低于上游的磁压力，由于极端的能量需要维持电流密度，符合动力学模拟。这导致上游磁场线塌陷，产生开放的流出几何形状，从而实现快速重连。这一结果对于理解广泛的极端天体物理环境非常重要，在这些环境中，快速重联被用来解释瞬态耀斑和非热粒子特征等观测结果。
2023-01-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole flares: ejection of accreted magnetic flux through 3D plasmoid-mediated reconnection
磁重联可以为来自吸积黑洞内部磁层的明亮、快速耀斑提供动力。我们进行极高的分辨率（$5376\times2304\times2304$细胞）的广义相对论磁流体动力学模拟，捕捉等离子体团介导的重联在3D磁逮捕磁盘的第一次。我们表明，赤道，等离子体团不稳定的电流片的形式在一个瞬态的，非轴对称的，低密度磁层内的几个史瓦西半径。磁通量束在这个电流片中以普遍的等离子体团介导的速率通过重联逃离事件视界。这种重连作用会对射流中的高磁化等离子体产生影响，并将最终被困在通量束中的等离子体加热到与射流磁化成比例的温度。逃逸的通量束可以作为低密度热点完成一个完整的轨道，这与重力干涉仪对Sgr A $^{*}$的观测结果一致。视界附近的重联产生了足够高能量的等离子体来解释吸积黑洞的耀斑，例如从M87观测到的TeV辐射。耀斑期间质量吸积率的下降以及由此产生的低密度磁层使得重连加速粒子产生的极高能量光子更容易逃逸。极端的分辨率导致收敛的等离子体团介导的重连率，直接决定了耀斑的时间尺度和性质。
2022-02-07 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Power and spatial complexity in stochastic reconnection
与任意尺度范围\iffalse ${\bf F(x}, t)$上的给定向量场相关联的空间复杂度水平可以通过简单的时间相关函数$S(t)={1\over 2}(1-\hat{\bf F}_l.\hat{\bf F}_L)_{rms}$来量化，其中${\bf F}_l$（${\bf F}_L$）是尺度体积$l$（$L>l$）中的平均场，单位向量定义为$\hat{\bf F}={\bf F}/|{\bf F}|$。因此，\fi可以通过简单的时间尺度依赖函数来量化; $0\leq S(t)\leq 1$。以前的工作调用动力学和磁性的复杂性，与速度和磁场${\bf u(x}, t)$和${\bf B(x}, t)$，研究磁场重联和扩散湍流和磁化流体。在本文中，使用粗粒动量方程，我们认为，流体射流与磁场重联事件在任意尺度$l$在湍流惯性范围内主要是由洛伦兹力${\bf{N}}_l=({\bf j\times B})_l-{\bf j}_l\times {\bf B}_l$。这种力是由子尺度电流引起的，类似于发电机理论中的湍流电动势${\cal E}_l=({\bf u\times B})_l-{\bf u}_l\times {\bf B}_l$。通常，重联期间的高（低）磁复杂性意味着磁场的大（小）空间梯度，即，强（弱）洛伦兹力${\bf N}_l$。重新连接发射射流的流体，因此，动力学复杂性的…
2020-04-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
3D Turbulent Reconnection: Theory, Tests and Astrophysical Implications
磁重联是磁场中的拓扑变化，是磁化等离子体中的一个基本过程。它与磁场湮灭区域的能量释放有关，但这只是这一过程的一个方面。天体物理流动通常具有非常大的雷诺数，并且预计是湍流，与观测结果一致。在强湍流中，磁力线在各个尺度上不断地重联，使磁重联成为湍流级联的一个内在组成部分。我们注意到，这是不一致的，把磁力线作为持久的动力学元素的通常做法。从Lazarian & Vishniac（1999）开始的许多理论、数值和观测研究表明，三维湍流使磁重联快速，这两个过程是内在联系的。我们讨论了在湍流存在下磁通量冻结的教科书概念的戏剧性违反，并证明了在湍流存在下的等离子体效应是次要的湍流就磁重联而言。这证明了在比相关等离子体尺度大得多的尺度上对磁重联进行类似MHD的处理是合理的。我们讨论了支持湍流重联模型的数值和观测证据。特别是，我们发现，撕裂重联被抑制在3D和，不像2D的情况下，3D重联诱导湍流，使重联独立的电阻率。我们表明，湍流重联显着影响关键的天体物理过程，例如，恒星形成，湍流发电机，宇宙射线加速。我们提供了批评的概念“重联介导的湍流”，并解释为什么湍流重联是非常不同的增强湍流电阻率和高电阻率，以及为什么后者有致命的概念缺陷。
2020-01-03 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-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
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
Relativistic Nonthermal Particle Acceleration in Two-Dimensional Collisionless Magnetic Reconnection
磁重联，特别是在相对论范围内，提供了一个有效的机制，加速相对论粒子，从而提供了一个有吸引力的物理解释，非热高能辐射从各种天体物理来源。我提出了一个简单的分析模型，阐明了负责重连驱动的相对论非热粒子加速（NTPA）在大系统，等离子体团占主导地位的制度在两个维度的关键物理过程。该模型的目的是解释的数值观测依赖性的幂律指数$p$和高能量截止$γ_c$的非热粒子能谱$f(γ)$上的环境等离子体磁化$σ$，和（$γ_c$）的系统大小$L$。在这个自相似模型中，高能粒子被面外重联电场$E_{\rm rec}$连续加速，直到它们被重联磁场磁化，并最终被捕获在足够大的等离子体团中。该模型还包括扩散费米加速粒子反弹快速移动的等离子体团。我认为，电加速和磁化之间的平衡控制的幂律指数，而捕获在等离子体团管理的截止，从而绑粒子能谱的等离子体团分布。
2020-07-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Secondary Energization in Compressing Plasmoids during Magnetic Reconnection
等离子体团--在重新连接电流片时自洽形成的磁化准圆形结构--以前被认为是高能粒子的墓地。在本文中，我们证明了等离子体团在相对论重联中塑造粒子能谱的重要作用（即，具有上游磁化$σ_{\rm up} \gg 1$）。利用二维粒子模拟方法，研究了含$σ_{\rm up}=10$和$100$的成对等离子体中发生在压缩等离子体团内部的二次粒子碰撞过程。我们证明了等离子体团随时间增长，而它们的内部压缩，放大了内部磁场。注入到孤立等离子体团中的粒子所感受到的磁场随时间线性增加，由于磁矩守恒，这导致了粒子的自旋。对于以幂律分布函数注入的粒子，该过程以这样的方式起作用，即注入的幂律的形状是守恒的，同时在较高能量下产生额外的非热尾$f(E)\propto E^{-3}$，随后是指数截止。截止能量随时间增加为$E_{\rm cut}\propto\sqrt{t}$，可以大大超过$σ_{\rm up} m_e c^2$。我们分析预测的二次加速时间尺度和新兴粒子能谱的形状，这可能是在某些天体物理系统，如耀变体喷气机的重大意义。
2021-05-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Gamma-Ray Burst Prompt Emission Light Curves and Power Density Spectra in the ICMART Model
本文利用内碰撞诱发磁重联和湍流（ICMART）模型模拟了伽马射线暴的瞬发发射光变曲线。该模型适用于在发射区具有中等高磁化参数$σ$的伽玛暴。我们表明，这个模型可以产生高度可变的光变曲线与快速和缓慢的组件。快速的变化是由许多局部多普勒增强的微型发射器，由于湍流磁重联在一个中等高的$σ$流。失控的增长和随后的耗尽，这些微型发射器作为一个函数的时间定义了一个广泛的缓慢组成部分，为每个ICMART事件。GRB光变曲线通常由多个ICMART事件组成，这些事件基本上是由不稳定的GRB中央引擎活动驱动的。允许的模型参数的变化，一个是能够再现各种光变曲线和功率密度谱观察。
2014-02-27 astro-ph.HE
Ideal Magnetohydrodynamic Simulations of Low Beta Compact Toroid Injection into a Hot Strongly Magnetized Plasma
我们目前的结果从三维理想磁流体动力学模拟低$β$紧凑环（CT）注入到一个热的强磁化等离子体，目的是提供洞察CT燃料托卡马克与ITER（国际热核聚变实验堆）的相关参数。根据CT注入速度和CT与背景磁场比确定了一个制度，该制度似乎有希望用于精确的堆芯加燃料。冲击占主导地位的政权，这可能是不利的托卡马克燃料，也确定。CT穿透深度与CT注入速度和密度成正比。整个CT演化可分为三个阶段：（1）初始穿透，（2）沿传播方向压缩并与背景磁场重连，以及（3）静止并沿垂直于注入方向扩散。由于CT穿过背景等离子体的快速通过时间，未观察到CT倾斜。
2009-06-25 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Particle acceleration in explosive relativistic reconnection events and Crab Nebula gamma-ray flares
我们发展了一个相对论性磁主导等离子体中爆炸性重联事件的粒子加速模型，并将其应用于解释蟹状星云的伽马射线耀斑。该模型依赖于电流驱动的宏观尺度上的不稳定性的发展（不相关的等离子体趋肤深度）。利用解析和数值方法（流体和粒子模拟），我们研究了相对论性磁支配等离子体中的一些模型问题：（i）我们将Syrovatsky的经典X点爆炸坍缩模型推广到磁支配等离子体;（ii）我们考虑了二维无力磁通量管系统的不稳定性;（iii）我们考虑了两个零极向电流磁通量管的合并.在所有情况下，自发和驱动的演变制度进行了调查。我们确定了两个阶段的粒子加速：（i）快速爆炸提示X点崩溃和（ii）随后的岛屿合并。最快的加速度发生在灾难性的X点坍缩的初始阶段，重联电场的数量级为磁场。重联的爆炸阶段产生非热幂律尾，其斜率取决于平均磁化强度。X点坍缩阶段之后是磁岛合并，在强制重联的状态下耗散了大部分初始磁能，进一步加速了粒子，但以较慢的重联速率进行。蟹状耀斑是由中极区星云主体中产生的磁通量管的磁岛合并的初始爆炸阶段造成的。在弱磁化的风场中，激波后等离子体流自然产生大尺度的强磁化结构。内部扭结状的不稳定性导致宏观载流磁通量管爆炸合并的形成。
2016-03-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Emergence of cyclic flux eruptions in kinetic simulations of magnetized spherical accretion onto a Schwarzschild black hole
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，天体物理学与行星学研究所）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）
通过广义相对论粒子云网格模拟，发现磁化球对称吸积到史瓦西黑洞时，磁通量经历理想平流、重联调控和爆发三个阶段，产生准周期性通量爆发并加速粒子，类似Sgr A*的耀发活动。
2026-06-18 astro-ph.HE
Non-thermal particle acceleration in collisionless relativistic electron-proton reconnection
相对论性无碰撞等离子体中的磁重联可以加速粒子，并在各种天体物理系统中提供高能辐射。虽然大多数以前的研究集中在对等离子体中的相对论重联，很少注意到电子-离子等离子体重联，预计在黑洞吸积流和相对论喷流。我们报告了一个全面的粒子在细胞中的电子离子等离子体中的重联的数值研究，跨越了广泛的环境离子磁化$σ_i$，从半相对论性制度（超相对论性电子，但非相对论性离子，0.001 $σ_i$ <<1）的完全相对论性制度（两个物种都是超相对论性，$σ_i$ 1）。我们调查如何重联率，电子和离子等离子体流，电场和磁场结构，电子/离子能量分配，和非热粒子加速依赖于$σ_i$。我们的主要发现是：（2）即使在半相对论性的小$σ_i$区，电子也能形成集中的中等相对论性流出;（3）虽然在超相对论极限中释放的磁能在电子和离子之间平均分配，在半相对论区域，电子能量分数随着$σ_i$的减小而逐渐减小，并逐渐接近0.25;（4）重联导致有效的非热电子加速，具有$σ_i$依赖的幂律指数$p(σ_i) \simeq $ const $+0.7 {σ_i}^{-1/2}$。这些发现对于理解黑洞系统非常重要，并支持blazar喷流中非热发射的半相对论重联模型，为这些系统中观察到的光谱指数提供了自然的解释。
2017-12-23 astro-ph.HE
Magnetic Energy Release, Plasma Dynamics, and Particle Acceleration during Relativistic Turbulent Magnetic Reconnection
在强磁化天体物理等离子体系统中，磁重联被认为是一个主要的过程，在此过程中发生爆炸性能量释放和粒子加速，导致显著的高能辐射。相对论性磁重联的动力学模型在过去几年中得到了积极的发展，支持了磁主导的假设。一个较少探讨的问题是3D动力学的后果，其中湍流结构是随着各种类型的不稳定性的发展而自然产生的。本文对正电子-电子等离子体中的相对论湍流磁重联（RTMR）进行了一系列三维、全动力学模拟，系统域远大于动力学尺度。我们的模拟从一个无力的电流片与几种不同的模式的长波长磁场扰动，驱动额外的湍流在重联区。因此，电流层破裂，重联区迅速演变成充满通量绳和电流片等相干结构的湍流层。我们发现RTMR中的等离子体动力学在许多方面与二维等离子体动力学有很大的不同。磁通绳在产生后迅速演化，并且由于二次扭结不稳定性而完全被破坏。这种湍流演化导致了磁场线的超扩散行为，如湍流重联的MHD研究中所见。同时，非热粒子加速和能量释放时间尺度可以非常快，并不强烈地依赖于湍流振幅。主要的加速机制是由运动电场支持的类费米加速过程，而非理想电场加速起次要作用。我们讨论了高能天体物理学中3D RTMR可能的观测意义。
2021-07-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic reconnection and topological trigger in physics of large solar flares
太阳耀斑可以通过多种观测方法观测和研究日冕高温强磁化等离子体中的{ \em磁重联}现象。对活动区磁场拓扑特性的分析表明，为了构造大规模爆发耀斑的模型，必须考虑{ \em拓扑触发}效应。拓扑触发器不是电阻不稳定性，其导致场配置的拓扑从重连前状态改变为重连后状态。相反，拓扑触发器是全局拓扑的快速变化，这决定了碰撞或无碰撞性质的快速重连。简要评述了与大耀斑有关的强磁场中无碰撞重联理论的研究现状和发展潜力。粒子加速被认为是在崩溃的重联所产生的磁陷阱。为了解释日冕X射线源的形成，在无碰撞近似下，同时考虑了费米加速和电子感应加速器机制。最后，重点讨论了太阳耀斑物理学中亟待解决的问题。
2009-01-29 astro-ph.HE astro-ph.SR
Self Organized Criticality in an one dimensional magnetized grid. Application to GRB X-ray afterglows
采用简化的一维网格模拟了磁化等离子体流场的演化。我们实现的扩散法类似于迄今为止用于元胞自动机模型磁重联。作为一个新奇的，我们还明确地描述了一个背景流。目的是数值研究在一维磁化流中出现自组织临界性的可能性。元胞自动机的单元存储与被建模系统的演化相关的参数信息。在假设该参数代表磁场的情况下，还计算了在一个单独的弛豫事件期间由一个体积释放的磁能。我们的研究结果表明，在这个系统中确实建立了自组织临界性。本文还简要地讨论了该模型在伽玛暴X射线余辉研究中的可能应用。
2015-03-05 astro-ph.HE
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
3D Kinetic Simulations of Driven Reconnection in Merging Flux Tubes
University of Maryland（马里兰大学）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气动力学研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
研究通过二维和三维粒子-细胞模拟，探讨强磁化等离子体中两个朗德奎斯特型磁通管压缩合并引发的碰撞less磁重联，分析磁能耗散与粒子加速机制，发现三维效应延迟重联 onset，且强引导场进一步抑制斜向模的线性增长率和相位失相干。
2026-04-12 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Onset of magnetic reconnection in a collisionless, high-beta plasma
在磁化的无碰撞等离子体中，组成粒子的磁矩是绝热不变量。因此，在这样的等离子体中磁场强度的增加导致垂直于场线的热压力的增加。在$β$依赖的阈值之上（其中$β$是热压力与磁压力的比率），这种压力各向异性驱动镜像不稳定性，在离子拉莫尔尺度上产生场线的强烈扭曲。这种不稳定性的影响磁重联的研究使用一个简单的分析模型的形成电流片（CS）和相关的生产压力各向异性。维持各向同性，麦克斯韦粒子分布在CS的形成和随后的变薄在无碰撞等离子体中的困难，再加上低阈值的镜子不稳定性在高$β$等离子体，意味着重连磁场的几何形状可以从根本上不同于标准的哈里斯片轮廓经常用于模拟无碰撞重连。因此，取决于CS形成的速率和初始CS厚度，撕裂模式的增长速率和波数由这种差异提高，可能会破坏镜像出没的CS之前，标准撕裂模式可以开发。一个定量的理论来说明这一过程，这可能会发现在撕裂介导的动力学磁旋转“通道”模式的中断的应用。
2019-01-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Role of magnetic reconnection in blazar variability using numerical simulation
Indian Institute of Technology Indore（印度印多尔理工学院）；Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA)（马克斯·普朗克天文学研究所）；Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论与物理天体物理研究所）
本研究通过数值模拟探讨磁重联在耀变人快速变化中的作用，发现磁重联可产生高速等离子体片，解释快速爆发机制。
2025-11-24 astro-ph.HE
High sigma model of pulsar wind nebulae
脉冲星和长伽马射线暴的中心引擎-脉冲星-可能产生在稠密环境（星际介质或恒星材料）中膨胀的高度磁化（坡印廷通量主导）外流。对于某些注入条件，风的磁通量不能容纳在腔内。在这种情况下，理想（非耗散）MHD模型，类似于Kennel和Coroniti（1984）的蟹状星云模型，崩溃（所谓的sigma问题）。这通常意味着风应该在比空腔尺寸小得多的尺度上成为粒子主导的。然后，风被流体型（低磁化）反向冲击减慢。最近的费米结果表明，蟹状星云的同步辐射光谱远远超出了最有效的辐射反应限制加速的上限，与低σ反向冲击的存在相矛盾。我们提出了另一种可能性，即多余的磁通量在两个区域的重联过程中被破坏：旋转轴附近和赤道附近。我们构造了一个这样的高度磁化的风有两个不同的重联区域的例子，并建议这些重联城市被观察到的环面和喷流在脉冲星风星云。该模型再现，定性，观察到的蟹状星云的形态。在星云的某些部分，耗散发生在相对论运动的风中，减轻了对加速率的要求。
2009-11-02 astro-ph.HE
Electromagnetic Emission post Spinning Black Hole-Magnetized Neutron Star Mergers
对于由旋转的黑洞（BH）（质量为$\gtrsim 7M_\odot$）和强磁化中子星（NS）（表面磁场强度为$B_{\rm S,NS}\gtrsim10^{12}$ \，G和质量为$\sim 1.4M_\odot$）组成的双星，NS作为一个整体可能最终会陷入BH。在螺旋阶段，自旋BH可以充电到Wald电荷量$Q_{\rm W}$，直到合并在电真空近似。在合并过程中，如果旋转的带电BH由于足够强的电场而产生自己的磁层，使成对级联产生火花，则带电BH将从电真空过渡到无力情况，并且可以在一段时间内放电$\gtrsim1~{\rm ms}$。由于无力磁层充满了高导电等离子体，在冻结条件下，NS帽上的磁通量将保留在BH事件视界之外。基于这种情况，我们在这里研究了三种可能的能量耗散机制，这些机制可以在BH-NS合并引起的引力波事件后BH放电的时间间隔内产生电磁（EM）对应物：（1）在黑洞的两极会发生磁重联，导致毫秒级的明亮电磁信号，（2）由于整个BH磁场的分离和重连而导致的闭合磁力线区中的磁冲击可能会产生明亮的无线电发射，例如，一个快速的射电爆发，和（3）布兰德福德-Znajek机制将提取BH的旋转能量，产生一个毫秒持续时间的发光高能爆发。我们还计算了由于这些机制的亮度作为BH的自旋的函数为不同的值的$B_{\rm S,NS}$。
2019-09-02 astro-ph.HE
Radiation and Polarization Signatures from Magnetic Reconnection in Relativistic Jets--I. A Systematic Study
耀变体是从超大质量黑洞中流出的相对论性磁化等离子体，它们非常接近我们的视线。它们的发射是非热主导的，并且在整个电磁波谱中高度可变。相对论性磁重联被认为是耀变体耀斑中粒子加速的驱动因素。虽然最近的粒子模拟已经自洽地研究了其中的磁重联和粒子加速的演化，但由此产生的辐射特征尚未被系统地探索。特别是，极化签名，这直接反映了特征强动态磁场演变过程中的重联，没有仔细研究。本文基于PIC和偏振辐射传输模拟，系统地研究了Blazar中磁重联引起的辐射和偏振特征。我们确定了一个更难时，更明亮的光谱演变的趋势。此外，在同步加速器光谱分量中，高频带往往比低频带更早地闪烁。最重要的是，极化信号随着频率的增加而变化。我们发现，时间偏振变化强烈地依赖于引导场强度。特别是，重联与显着的引导场分量导致非常高的偏振度，矛盾的典型blazar观测，而大的偏振角旋转是独特的签名磁重联之间的几乎反平行的磁场线。这些旋转至少是$90^o$，并且可以扩展到$>180^o$，并且它们可以在两个方向上旋转。这些结果意味着具有大偏振角旋转的耀变体本质上具有更接近反平行的磁场形态。
2020-08-21 astro-ph.HE
2D Relativistic MHD Simulations of the Kruskal-Schwarzschild Instability in a Relativistic Striped Wind
本文研究了相对膨胀条纹风中Kruskal-Schwarzchild不稳定性的线性和非线性发展。这种不稳定性是存在磁场时瑞利-泰勒不稳定性的推广。在活动星系核、伽马射线暴和微类星体中发现的强磁化外流中，已经有人提出产生一种自维持的加速机制。不稳定性导致磁重联，但与稳态Sweet-Parker重联相比，耗散率不受电流层的小纵横比的限制。我们进行了二维（2D）相对论磁流体动力学（RMHD）模拟具有两个冷的和高磁化（$1\leqσ\leq10^{3}$）等离子体层与反平行的磁场分离的相对论热等离子体薄层与流出的加速引起的局部有效重力。我们的模拟显示了重新连接层中较重的相对论热等离子体如何滴出并允许相反方向的磁场线重新连接。线性区域的不稳定性增长率与线性稳定性分析的预测相匹配。我们发现湍流，而不是一个有序的散装流附近的重联区，湍流速度高达$\sim0.1$ c，在很大程度上独立于模型参数。然而，能量耗散率被发现要慢得多，对应于一个有效的有序的体积速度流入到重联区$v_{\rm in}=β_{\rm in}c$，$10^{-3}\lesssimβ_{\rm in}\lesssim 5\times10^{-3}$。这是由于热等离子体从电流层中缓慢排空而发生的，主要是因为滴落的等离子体经历的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。三维RMHD模拟需要进一步研究的非线性政权。
2017-11-13 astro-ph.HE
The interplay of magnetically-dominated turbulence and magnetic reconnection in producing nonthermal particles
磁化湍流和磁重联常被用来解释从各种天体物理源观测到的非热辐射。通过全动力学二维和三维PIC模拟，我们研究了在磁支配对等离子体中湍流和重联在产生非热粒子过程中的相互作用。一个通用的副产品的湍流演变是一个非热粒子谱的能量范围的幂律的产生。幂律斜率$p$对于更大的磁化强度和更强的湍流波动更难，并且它可以与$p < 2$一样难。在高能截止处粒子的拉莫尔半径与最大涡旋的尺寸$l$相当。类等离子体介导的重联，自洽地发生在湍流等离子体中，控制着粒子注入的物理过程。然后，粒子通过湍流波动的随机散射进一步加速。平行电场所做的功--在重连层中自然是预期的--是初始能量增加的主要原因，并且与系统的磁化强度$σ$成比例，而随后的能量增益，主导了高能粒子的总体能量，是由湍流波动的垂直电场提供动力的。两阶段加速过程在粒子的俯仰角分布中留下印记：低能量粒子与场对齐，而最高能量粒子优先垂直于场移动。随机加速的能量扩散系数按比例缩放为$D_γ\sim 0.1σ(c/l)γ^2$，其中$γ$是粒子洛伦兹因子。这导致快速加速时标$t_{acc}\sim (3/σ)\,l/c$。我们的发现对于理解高能天体物理源中非热粒子的产生具有重要意义。
2019-09-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quasi-periodic Eruptions from Recurrent Satellite Black Hole Transits through Magnetized Galactic Nucleus Accretion Disks
Xiamen University（厦门大学）；SHAO-XMU Joint Center for Astrophysics, Xiamen University（厦大-上海天文台天体物理联合中心）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文提出双通道模型，认为磁化银核吸积盘内的卫星黑洞反复凌星产生准周期爆发，可解释Ansky源的X射线与延迟UV特征及其他QPE源的UV对应体缺失问题。
2026-09-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetic Reconnection as a Mechanism for Energy Extraction from Rotating Black Holes
旋转的黑洞储存了可以提取的旋转能量。当一个黑洞沉浸在外部提供的磁场中时，能层内磁力线的重联会产生负能量（相对于无穷大）的粒子，这些粒子落入黑洞事件视界，而其他粒子则从黑洞中逃脱窃取能量。我们分析表明，通过磁重联的能量提取是可能的，当黑洞自旋高（无量纲自旋$a\sim1$）和等离子体是强磁化（等离子体磁化$σ_0>1/3$）。允许能量提取的参数空间区域取决于等离子体磁化强度和重连磁场线的取向。对于$σ_0 \gg 1$，发现被最大旋转黑洞吞噬的减速等离子体在无穷远处每焓的渐近负能量为$ε^\infty_- \simeq - \sqrt{σ_0/3}$ .逃逸到无穷远并带走黑洞能量的加速等离子体在无穷远处的能量渐近于单位焓$ε^\infty_+ \simeq \sqrt{3σ_0}$。我们发现，从黑洞中提取的逃逸等离子体的最大功率是$P_{\rm extr}^{\rm max} \sim 0.1 M^2\sqrt{σ_0}\,w_0$（这里，$M$是黑洞质量和$w_0$是等离子体焓密度）的碰撞等离子体制度和一个数量级低的碰撞制度。当$a \sim 1$。在能层中通过磁重联的等离子体重联过程的最大效率被发现是$η_{\rm max} \simeq 3/2$。由于在这里提出的方案中，能层中的快速磁重联应该间歇性地发生，因此在黑洞的几个引力半径内的相关发射预计将显示出突发性质。
2020-12-01 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Spatial growth of current-driven instability in relativistic rotating jets and the search for magnetic reconnection
利用三维相对论磁流体动力学程序RAISHIN，我们研究了径向密度分布对沿磁化旋转相对论喷流的电流驱动扭结不稳定性空间发展的影响。为了我们的研究的目的，我们使用了一个非周期性的计算箱，射流最初是建立在整个计算网格，在入口处的进动扰动触发增长的扭结不稳定性。我们根据密度分布研究了轻喷流和重喷流与环境的关系。还测试了不同的角速度幅度。结果表明，螺旋扭折结构沿射流的传播和相对稳定的配置较轻的射流。射流似乎被磁场准直，并且由于电磁转换成动能，流动被加速。我们还确定了区域的高电流密度的附加电流片，指示磁重联，这是相关的扭结不稳定区域和相关的流动的西格玛参数的减少。我们讨论了我们的研究结果的影响坡印廷磁通主导的喷流与磁重联过程。我们发现快速磁重联可能是由扭结不稳定性湍流驱动的，并控制着磁场向动能的转化，从而为活动星系核和γ射线暴相对论喷流中的粒子提供了一种有效的动力和加速途径。
2016-08-10 astro-ph.HE
Study of magnetic reconnection at low-$β$ using laser-powered capacitor coils
本文介绍了激光驱动电容器线圈平台micro-MRX，在低β条件下研究磁重联，直接测量到面外电场加速电子并观测到离子声波与电子声波爆发，为实验室磁重联研究提供了新途径。
2024-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
