Highly-collimated, magnetically-dominated jets around rotating black holes
本文提出了求解Blandford-Znajek机制微扰解的一般方法。我们引入了一种基于视界边界条件和收敛性要求来确定相关物理量的方法，而不是直接求解非线性Grad-Shafranov方程.根据我们的方法，磁力线的角速度$Ω$、环向磁场$B^ϕ$和总电流$I$都自洽地指定。作为一个例子，根据我们提出的方法自洽地构造了旋转黑洞周围的稳态轴对称和无力喷流模型。这种射流解决方案与先前已知的解析解的区别在于，它是高度准直的，并且渐近地接近磁性圆柱体。由于考虑黑洞自旋时产生了环形磁场，因此这种喷流解是螺旋扭曲的。对于给定的穿过黑洞的磁通量，准直喷流的喷流功率和能量提取率与以前的解决方案进行了比较。我们发现，我们的新的解决方案更好地符合当前国家的最先进的数值模拟结果。文中还简要讨论了平行喷流的一些有趣的性质以及场线旋转对喷流稳定性的影响。
2015-05-02 astro-ph.HE
Collimated and spinning fireballs for ultra-relativistic jets: long vs short Gamma-ray bursts by angular momentum and mass ratio
本研究探究伽马射线暴喷流前身旋转恒星系统的引力坍缩，分析引力结合能转化形成火球的过程，发现J/M比值影响火球准直度与喷流张角，推测其是区分长短暴的关键，并推导了火球物理量的内禀关联。
2025-07-30 astro-ph.HE
Model of collimated jets with high energy particles
在不同的天体物理尺度和不同的环境中，以黑洞（BH）为假定的中心引擎，对非常活跃的准直喷流进行精确观测的数据集越来越多，应该很快就可以对能够描述喷流形成的当前理论模型进行区分和分类。我们建立了一个纯引力理论模型的理想情况下，中央发动机是一个克尔BH的质量$M$和角动量的质量单位$a$的高能粒子的完全准直射流。我们在Weyl坐标（$ρ$，$z$）中研究了无约束Kerr二维测地线，这些测地线是平行于方程ρ=常数= ρ_{1}= [（a/M）^2+Q/（E^2-1）]^{1/2}的$z$轴的直线的渐近线，最近证明了该方程的存在性（Gariel等人，A & A，2010）。在这些测地线上，流动测试能量为$E$的粒子，具有卡特常数$Q$和（必然）角动量$L_{z}=0$。研究了测地线方程组的特点，在双根的特殊情况下，给出了具有径向结构的射流，并计算了其能流。由射流功率的观测数据，我们得到了任意带电或中性试验粒子的平均粒子密度、粒子流、速度和射流的洛伦兹因子。然后，我们将这些结果应用于电子。我们还讨论了域的初始条件的测地线开始内部的遍历。所有这些结果都来自Kerr时空结构，并加强了Penrose过程作为高能喷注的可能起源。
2010-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Highly collimated microquasar jets as efficient cosmic-ray sources
超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线的主要起源地。然而，这种情况无法解释在宇宙射线光谱中观察到的一些特征。微类星体被认为是额外的候选者，因为它们的非热发射表明它们的喷流中存在有效的粒子加速机制。一个有希望的设想是在喷流中产生相对论中子，在系统外衰变，将相对论质子注入周围环境。对这种情况的第一次调查表明，微类星体可能是相当替代的宇宙射线源。我们的目的是评估的准直程度的射流上的宇宙射线能量的中子载体的情况下，以及发射区域的属性所发挥的作用。我们的目标是解释银河系的组成部分，所观察到的质子宇宙射线光谱的能量高于$\sim 10$ GeV，并与所提到的喷流属性与功率和光谱指数的生产宇宙射线。我们发现，准直喷流，紧凑的加速区域接近喷流基地，是非常有效的来源，可以提供一小部分的相对论质子光度高达$\sim 0.01$到宇宙射线。准直是效率方面最重要的特征;准直良好的射流可能比准直不良的射流效率高$\sim 4$数量级。提出的机制的主要特点是生产的光谱与陡峭的光谱指数（$\sim 2.3$在能量高达$\sim 10$ TeV）比在超新星的情况下，更接近所观察到的。我们的模型的预测可以用来推断银河系微类星体的人口的宇宙射线人口的总贡献，因此，定量评估其作为宇宙射线源的意义。
2022-07-18 astro-ph.HE
Hysteresis of Backflow Imprinted in Collimated Jets
我们报告了两种不同类型的回流射流进行二维特殊相对论流体动力学模拟。一种是逆平行于主射流的准直线回流（准直线回流），另一种是回流的弯曲路径（弯曲回流）。我们发现，前者出现时，头部的前进速度相当于或高于当地的声速在热点，而后者出现时，头部的前进速度比声速蝙蝠热点。弯曲回流与未受冲击的射流碰撞，并横向挤压射流。同时，在喷流尖端形成一对新的斜激波，并通过这些斜激波产生新的弯曲快速回流。因此，回流碰撞的滞后在射流中作为节点和反节点结构被印记。该过程还促进射流横截面积的加宽，并且还导致头部前进速度的降低。这种流体动力学过程可以通过观测致密的年轻喷流来检验。
2009-12-18 astro-ph.HE
Scaling the Yield of Laser-Driven Electron-Positron Jets to Laboratory Astrophysical Applications
我们报告了在三个不同的激光装置上获得的新的实验结果，这些结果显示了定向激光驱动的相对论性电子-正电子喷流，其产额比以前获得的大30倍，正电子产额对激光能量的二次（~ E^2）依赖性。这种有利的缩放源于更高能量的电子的组合，由于增加的激光强度和MeV电子在mm厚的目标中的再循环。基于这种比例，第一性原理模拟预测了使用即将到来的高能激光设施产生的这种电子-正电子喷流在实验室中探测相对论无碰撞冲击物理的可能性。
2015-04-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The propagation of relativistic jets in external media
相对论喷流在包含致密物体的天体物理系统中无处不在。它们将大量的能量传输到离源很远的地方，它们与周围介质的相互作用对系统的演化有着至关重要的影响。射流的传播的特点是形成一个冲击的“头”在前面的射流消散射流的能量和茧包围射流和潜在的准直it.We在这里提出了一个自洽的，分析模型，遵循的射流和它的茧的演变，并描述它们的相互作用。我们发现，决定射流茧系统的性能的关键参数是射流的能量密度和周围介质的静止质量能量密度之间的无量纲比率。该参数与射流的喷射角一起，也决定射流是否被茧准直。该模型适用于所有尺度的相对论性非磁化喷流，可用于确定活动星系核喷流以及伽玛暴或微类星体的条件。结果表明，活动星系核和微类星体喷流由于与周围介质的相互作用而被流体动力学准直，而伽玛暴喷流只能在恒星内部被准直，一旦爆发就变得不准直。
2011-07-07 astro-ph.HE
Particle-in-cell simulations of collisionless shock formation via head-on merging of two laboratory supersonic plasma jets
我们描述了数值模拟，使用粒子在细胞（PIC）和混合PIC代码Lsp [T。P. Hughes等人，物理修订版ST加速Beams 2，110401（1999）]，两个实验室超音速等离子体射流的迎面合并。这些实验的目的是在实验室中形成和研究与天体物理学有关的无碰撞冲击。使用等离子体射流的初始条件（密度约为10^14-10^16 cm^（-3），温度约为几eV，传播速度约为20-100 km/s），射流传播的大规模模拟表明，在合并区域，两股射流之间的相互作用基本上是无碰撞的。在高分辨率的一维和二维模拟中，我们表明，无碰撞冲击所产生的合并射流时，沉浸在施加的磁场（B ~ 0.1-1千克）。在预期的等离子体射流速度高达100 km/s时，我们的模拟不会产生非磁化的无碰撞冲击，这需要更高的速度。磁场的方向以及射流的轴向和横向密度梯度对相互作用的性质具有强烈的影响。我们比较我们的一些模拟结果与以前发表的PIC模拟研究的无碰撞冲击波的形成。
2013-05-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Large jets from small-scale magnetic fields
我们考虑的条件下，一个旋转的磁性物体可以产生一个磁动力流出的初始未磁化的重力分层介质。三维MHD模拟中，局部的，弧形磁场的足迹被投入旋转。它示出了如何在产生准直的磁动力流出的有效性取决于旋转速率，强度和几何形状的字段。均匀旋转，非轴对称领域产生的流动被发现主要由浮力羽流加热的旋转能量耗散。如果场和旋转表面被布置成使得产生环形磁场，则形成准直的磁动力流。这需要拱廊的足点的差动旋转。这样的射流是准直良好的，我们遵循他们的传播通过分层的大气超过100倍的源大小。磁场是紧密缠绕的，并且其传播由非轴对称不稳定性的发展主导。在最长的模拟中，我们观察到超过75%的坡印廷通量转换效率。讨论了该模型在星载SAR模型和原恒星喷流中的应用。
2009-12-07 astro-ph.HE
Beaming Selection and SN-GRB-Jets Evolution
在火球统治了十年之后，有希望用稀薄的准直喷流来解决超新星-GRB之谜
2009-02-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Polarization properties of photospheric emission from relativistic, collimated outflows
我们考虑了光球发射的偏振特性，它起源于喷流，喷流由一个高度相对论性的核心组成，核心的张角为θ_j，洛伦兹因子为Gamma_0，周围的剪切层中的洛伦兹因子随着喷流轴的角度按指数p的幂律减小。我们发现显着的线性偏振度的观察者位于视角θ_v \gtrsim θ_j。特别是，从窄喷流（θ_j \approx 1/Gamma_0）与陡峭的洛伦兹因子梯度（p \gtrsim 4）的发射偏振度达到\sim 40%。对于时变射流，偏振角可以偏移π/2。偏振发射的热峰以下的光谱由于光的像差而呈现非热的，而不需要额外的辐射过程或能量耗散。此外，在热峰值之上，由于光子的康普顿化，形成光子的幂律，光子在逃逸之前在不同洛伦兹因子的区域之间重复散射。我们发现，几十个百分点的偏振度和破碎的幂律谱的光球发射结构射流的背景下是自然的。将该模型应用于伽马射线暴，讨论了瞬发辐射的谱形与偏振度之间的预期相关性。
2013-09-29 astro-ph.HE
A lesson from GW170817: most neutron star mergers result in tightly collimated successful GRB jets
联合探测到的引力波（GW）和$γ$ -射线从一个双中子星（NS）合并提供了一个独特的视图离轴伽玛暴和NS合并率的独立测量。通过对GRB 170817的观测结果与常规短暴（sGRB）的观测结果的比较，我们发现，NS合并的一个统一阶分数导致sGRB喷流从周围的喷出物中爆发出来。我们认为，sGRB的亮度函数，峰值在$\approx 2\times 10^{52}\, \mbox{erg s}^{-1}$，可能是一个内在的属性的sGRB中央引擎和sGRB喷流通常是狭窄的开口角$θ_0 \approx 0.1$。我们进行Monte Carlo模拟研究模型的结构和效率的即时发射离轴sGRB。我们发现，只有一小部分（$\sim 0.01-0.1$）的NS合并检测LIGO/VIRGO在GW预计也检测到提示$γ$ -射线和GW 170817类似的事件是非常罕见的。对于NS合并率为$\sim 1500$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，如从GW 170817推断的，我们期望在未来十年内，对于结构喷流模型，直到$\sim 12$与离轴GRB的联合探测，而对于准球形茧模型，只有$\sim 1$，其中$γ$射线是冲击爆发的结果。给定几个联合检测和它们的发现率，可以区分不同的结构模型。此外，如果GW源的定位足够快，则可以在UV中直接观察到具有热能储存器的茧的存在。
2018-12-10 astro-ph.HE
Laboratory simulation of astrophysical jets within facilities of Plasma Focus type
天体物理过程的实验室模拟是等离子体物理研究的热点之一。最近在库尔恰托夫研究所的等离子体焦点型设施上进行了一系列新的实验。主要目标是研究射流稳定的机制，因为它可以传播的距离远大于其横向尺寸。固定气体填充的实验揭示了形成窄准直等离子体射流的制度，其头部在射流传播距离达100 cm时不宽于几厘米。PF-1000（IFPiLM，Warsaw，Poland）和KPF-4（SFTI，Sukhum，Abkhazia）实验旨在创建轮廓初始气体分布以控制环境等离子体中等离子体射流传播的条件。无量纲参数，即马赫数，雷诺数，和Peclet数，这是在实验过程中实现的估计表明，PF设施可用于YSO射流建模。未来的实验，这可以让一个了解的性质，在许多天体物理源观察到的稳定等离子体喷射，进行了讨论。
2018-08-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Laboratory modeling of jets from young stars using plasma focus facilities
该研究综述利用 PF-3 等离子体焦点装置在实验室模拟年轻恒星喷流，表明所得喷流性质与真实天体喷流特征相符。
2023-07-17 astro-ph.HE
The Collimated Radiation in SS 433. Constraints from Spatially Resolved Optical Jets and $\texttt{Cloudy}$ Modeling of the Optical Bullets
本文利用 VLTI/GRAVITY 干涉观测和 XSHOOTER 光谱数据，结合 Cloudy 光致电离模型，首次空间分辨了 SS 433 光学喷流及其弹丸运动，约束了准直辐射性质、喷流动功率和消光。
2018-11-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Increase of the Density, Temperature and Velocity of Plasma Jets driven by a Ring of High Energy Laser Beams
由多束高能激光（如Omega和NIF）驱动的超音速等离子体外流已经并将被用作各种实验室天体物理实验的平台。在这里，我们提出了一种新的方式发射高密度和高速度，等离子体射流使用多个强激光束在一个空心环的形成。我们表明，这样的喷气机提供了一个更灵活和多功能的平台，为未来的实验室天体物理实验。使用高分辨率的流体动力学模拟，我们表明，准直射流可以实现更高的密度，温度和速度时，多个激光束聚焦在目标上形成一个中空的环形图案，而不是聚焦到一个单一的点。我们进行了模拟与不同的环半径，并研究其对射流性能的影响。实验室无碰撞冲击实验的影响进行了讨论。
2013-04-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Laboratory disruption of scaled astrophysical outflows by a misaligned magnetic field
利用实验室实验研究了磁压作用下天体物理外流形成明亮、致密和准直喷流的过程。我们特别关注流出物与磁场之间的错位对射流准直的影响，因为流出物源于源。对于小的未对准，磁性喷嘴形成并重新定向准直射流中的流出物。对于日益增长的错位，这个喷嘴变得越来越不对称，扰乱射流形成。因此，我们的研究结果表明，外流/磁场不对准是一个合理的关键过程调节射流准直在各种对象从我们的太阳的外流河外射流。此外，他们提供了一个可能的解释所观察到的结构的天体物理喷流。射流调制可以被解释为流出/环境场角度随时间变化的特征，并且射流方向的变化可以是环境场方向变化的特征。
2020-12-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The content of astrophysical jets
喷流是粒子和场的准直流出，在各种天体物理系统中被观测到，包括各种类型的活动星系核、微类星体、伽马射线暴和年轻的恒星物体。尽管在几十年的观测和理论研究中付出了巨大的努力，但仍然存在许多不确定性和悬而未决的问题，这些问题与射流如何产生以及它们的组成有关。在这篇评论中，我提供了一个大纲的内容和基本属性的天体物理喷流的一些当前的看法。
2021-06-28 astro-ph.HE
Are Interactions with Neutron Star Merger Winds Shaping the Jets?
射流在密集环境中传播时会变得平行，理解这种相互作用对于将环境的物理模型与观测联系起来至关重要。在这项工作中，我们使用3D特殊相对论模拟研究如何通过周围的环境中创建的一个中子星合并残留物中微子驱动的风射流传播。我们模拟了四个喷流有两种不同的初始结构，礼帽和高斯，和两个光度。喷流爆发后，我们研究了角喷流结构和由此产生的余辉光变曲线。我们发现，初始的角结构有效地冲洗在传播过程中，尽管只有$\sim 10^{-3}$ M $_\odot$的小风质量。最终的结构取决于喷流的亮度，因为能量较低的喷流被更强地准直，并且重子的夹带导致适度的外流洛伦兹因子（$\approx 40$）。尽管我们的喷流并不是专门用于模拟GW 170817事件的外流，但我们表明它们可以用来产生与GW 170817事件后观察到的余辉一致的光变曲线。使用这个过程，我们展示了如何推断的物理参数，例如，倾斜角，周围的粒子数密度，可以在相同数据集的独立拟合之间变化很大，并且似乎对角射流形状的较小细节敏感，这表明观察推断的参数可能敏感地依赖于所采用的射流模型。
2021-10-13 astro-ph.HE
Propagation dynamics of successive emissions in laboratory and astrophysical jets and problem of their collimation
本文介绍了在实验室条件下和天体物理环境中数值模拟等离子体结序列传播的结果。模拟的物理和几何参数已被选择接近PF-3设施（库尔恰托夫研究所）和喷流的明星RW Aur的参数。我们发现，低密度区后形成的第一个节点传播起着重要的作用，随后的准直。假设只有热膨胀的后续排放，定性估计所需的时间，以填补这一领域与周围的物质和角度的射流散射。这些估计与我们的观察和建模结果一致。
2021-06-09 astro-ph.HE
Formation and evolution of transient jets and their cavities in black-hole X-ray binaries
本文提出黑洞X射线双星中瞬态喷流源于准直磁化喷流向非准直外流转变的模型，解释离散抛射、低密度空腔形成及抛射物减速微弱等观测现象。
2023-08-12 astro-ph.HE
Environment and properties of emitting electrons in blazar jets: Mrk 421 as a laboratory
本文报道了我们最近对高频BL Lac天体Mrk 421在不同光度状态下的光谱能量分布（SED）的研究。我们使用了一个成熟的chi 2最小化程序，而不是更常用的“眼球”适合模拟所观察到的源通量（从光学到非常高的能量），与同步自康普顿（SSC）发射机制。研究表明，同步辐射功率和峰值频率随源活动的变化而保持不变，磁场随源活动的增加而减小，而电子谱的破缺能和多普勒因子则随源活动的增加而增大。由于较低的磁场和较高的电子密度导致电子-光子散射效率增加，因此康普顿功率增加，总发射也增加。
2011-11-01 astro-ph.HE
The Highly Collimated Radio Jet of HH 80-81: Structure and Non-Thermal Emission
原恒星喷流的射电辐射通常以热电子的自由-自由辐射为主。然而，在某些情况下，已经提出也可以存在非热发射。这种来自非热辐射的额外贡献是通过射电喷流某些区域厘米波长处的负光谱指数推断出来的。在HH 80-81的情况下，已知最强大的原恒星喷流之一，线性偏振发射也被检测到，揭示了非热发射是同步辐射性质的相对论粒子在喷流中的人口。这一结果意味着在喷流的某些部分应该存在加速机制。在这里，我们提出了新的高灵敏度和高角分辨率射电观测在几个波长（在3-20厘米范围内）的HH 80 -81射电喷流。这些新的观测结果表明，相对于以前的观测结果，灵敏度和角分辨率提高了$\sim$ 10倍。这使我们能够解析射电喷流的形态，并通过光谱指数图研究所涉及的不同发射机制。我们的结论是，同步辐射在此射流中产生的扩展组件检测到在低频率和射流的终止点，对周围介质的强烈冲击，可以产生有效的粒子加速。
2017-11-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
GRMHD Simulations and Modeling for Jet Formation and Acceleration Region in AGNs
相对论射流是具有相对论速度的准直等离子体流出。涉及相对论喷流的天体是一个系统，包括一个致密物体，如黑洞，被旋转的吸积流包围，在中心致密物体附近产生相对论喷流。解释相对论喷流起源的最被接受的模型涉及磁流体动力学（MHD）过程。在过去的几十年里，许多广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序已经被开发出来，并被应用于模拟各种条件下的相对论性喷流形成。这篇简短的评论概述了GRMHD模拟在产生相对论喷流及其观测建模方面的最新进展。
2022-01-29 astro-ph.HE
Internal Structure of the Jets from Young Stars Simulated at Plasma Focus Facilities
多年来，在等离子体聚焦设施上对年轻恒星的喷流进行了实验室模拟，从而可以详细研究喷流与周围等离子体相互作用期间出现的活动区域的内部结构。我们发现了一类新的广泛的理想磁流体动力学方程的解决方案，描述了封闭的轴对称的固定流动，显然是实现在活动区。这样的流动被证明是很好地再现在实验室模拟的天体物理射流中观察到的等离子体结构的内部结构。
2020-09-25 astro-ph.HE
On the impact of neutrinos on the launching of relativistic jets from "magnetars" produced in neutron-star mergers
本研究通过广义相对论磁流体动力学模拟发现，双中子星并合遗迹中由磁旋转不稳定性驱动的磁场突破机制能产生准直外流，该机制无需中微子参与且稳健，中微子反而会减少极区重子污染并提升电磁光度。
2024-10-08 astro-ph.HE gr-qc
Mechanisms of astrophysical jet formation, and comparison with laboratory experiments
喷流可以在年轻的恒星、X射线源、活动星系核（AGN）中观测到。射流的形成机理可分为规则射流、长时间连续射流和爆炸射流。连续机制与电动力学和辐射压力加速、厚盘内喷嘴中的流体动力学加速、相对论粒子束加速有关。爆炸喷流的形成与超新星、伽马射线暴和星系核爆炸事件有关。射流准直的机制可能与磁约束或外部气体压力有关。在实验中模拟了在实验室中用强激光束和等离子体聚焦形成射流的爆炸过程。
2019-05-15 astro-ph.HE
On the detectability of dual jets from binary black holes
我们重新提出的建议，双喷流可以产生在螺旋和合并的超大质量黑洞时，这些都沉浸在一个力自由的等离子体线程由一个统一的磁场。通过进行独立的计算，并通过计算的电磁辐射的方式是一致的使用坡印亭通量的估计，我们表明，一个双喷流结构是存在的，但大力次主导相对于一个非准直和主要的四极发射，这是一个类似的计算时，二进制是在电真空。虽然我们的研究结果对合并双星的双射流的可探测性设置了严重的限制，但它们也增加了从这些系统中探测到EM对应物的机会。
2012-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Model of High Energy Particles in a Collimated Jet
观测表明，相对论粒子在活动星系核中出现的喷流动力学以及它们与团内介质的相互作用中起着重要作用。然而，关于这些高能粒子的加速机制，还没有普遍的共识。本文提出了一种引力加速机制，即粒子离开旋转超大质量黑洞的能层内的精确区域，产生高度准直的流。这些粒子遵循无束缚测地线，测地线渐近平行于黑洞的自旋轴，其特征在于能量$E$、卡特常数${\cal Q}$和零角动量分量$L_z$。如果忽略环境影响，本模型预测在距离能层约140千秒差距的能量约9.4 GeV的电子的存在。目前的机制也可以加速质子的最高能量观察到的宇宙射线目前的实验。
2012-10-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Exploring the physics behind the observed magnetic filaments in large scale radio galaxies
Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论物理与天体物理研究所）
利用三维两温度广义相对论磁流体动力学模拟，研究射电星系中细长同步辐射丝的形成与演化，并通过合成观测预测其可探测特征，为SKA观测区分物理模型提供依据。
2026-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
PeV particle acceleration and non-thermal emission in the `minimalist' model of the extended jets in W50/SS433
针对W50/SS433延展喷流，提出“极简”模型，通过再准直激波加速粒子至PeV能量，解释偏振X射线及甚高能辐射，效率超10%。
2025-09-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
