Radiative Acceleration and X-ray Spectrum of Outflowing Pure Electron-Positron Pair Fireball in Magnetar Bursts
本文通过球对称相对论辐射流体力学与蒙特卡罗方法，研究磁星磁层中纯电子-正电子对火球沿磁力线的辐射加速和X射线谱，发现回旋共振散射可显著加速等离子体外流至洛伦兹因子超过100并展宽X射线谱，结果与银河系快速射电暴观测相符。
2025-03-13 astro-ph.HE
Particle acceleration by sub-proton cyclotron frequency spectrum of dispersive Alfven waves in inhomogeneous solar coronal plasmas
本研究通过PIC模拟发现，色散阿尔芬波频率谱不影响电子加速，但增加氦离子加热；波碰撞导致间歇性加速和扭结振荡，并引起功率谱陡化。
2023-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Study of Particle Acceleration using Fine Structures and Oscillations in Microwaves from Electron Cyclotron Maser
本文利用VLA高时间分辨率成像光谱研究太阳黑子上方连续ECM源的亚秒级变化，将5秒QPPs与GOES C1.5级耀斑关联，约束ECM电子能量为4-8 keV、投掷角大于26度，并提出QPP由Lotka-Volterra系统驱动。
2024-05-07 astro-ph.HE astro-ph.SR
Broadening of Cyclotron Resonance Conditions in the Relativistic Interaction of an Intense Laser with Overdense Plasmas
研究了强磁场作用下稠密等离子体与强激光的相互作用。当环境磁场的回旋频率高于激光频率时，激光的电磁场被转换为沿着场线传播的哨声模式。由于哨声波的性质，激光穿透到没有截止密度的稠密等离子体中，通过回旋共振产生超热电子。结果表明，由于激光场加速的相对论电子的存在，在较宽的外场条件下，回旋共振吸收有效地发生。共振的环境场的上限与相对论激光强度的平方根成比例地增加。大振幅哨声波的传播可以提高等离子体加热和致密等离子体深处粒子加速的可能性。
2017-09-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Centrifugal acceleration of protons by a supermassive black hole
离心加速度是由于磁层中旋转的极向磁场产生了与磁场正交的电场。具有有限回旋半径的带电粒子可以沿着电场移动并接收能量。离心加速度将粒子推向边缘，在那里它们的方位角速度达到光速。我们用数值和解析方法计算了粒子的运动轨迹。获得的最大能量取决于粒子磁化$ κ$的参数，其是磁层中磁场线的旋转频率$ Ω_F $与粒子的非相对论性回旋频率$ ω_c $的比率，$ κ= Ω_F /ω_c << 1 $，并且取决于参数$ α$，其是环向磁场$ B_T $与极向磁场$ B_P $的比率，$ α= B_T / B_P $。结果表明，对于小的环形场，$ α<κ^{1/4} $，最大洛伦兹因子$ γ_m $只是磁化的平方根，$ γ_m = κ^{-1/2} $，而对于大的环形场，$ α>κ^{1/4} $，能量显着增加，$ γ_m = κ^{-2/3} $。然而，最大可能的加速度，$ γ_m = κ^{-1} $，是没有达到磁层。对于一些活动星系核，如M87，我们发现了加速质子的洛伦兹因子的极大值。给出了最大质子能量及其能流的A* 估计。这些结果与HESS切伦科夫望远镜的实验数据一致。
2020-01-10 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Particle Acceleration in Stratified 2D MRI Turbulence: From Reconnection to First- and Second-Order Fermi and Shear Acceleration
Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to Explore Supermassive Black Holes (TITANS)（探索超大质量黑洞的横向研究与技术千年核）；Departamento de Ciencias, Facultad de Artes Liberales, Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学自由艺术学院科学系）；Departamento de Física, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile（智利大学物理与数学科学学院物理系）
本研究通过二维粒子模拟识别了分层MRI湍流中粒子加速的三个阶段（重联注入、一阶费米加速、二阶费米与剪切加速），解释了最大能量与尺度分离比成正比的原因，并表明MRI可在低光度盘中产生超相对论粒子。
2026-09-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Chaotic cosmic ray acceleration in nonlinear Alfven waves
Purdue University（普渡大学）
该研究发现，当线偏振阿尔文波相对振幅≥0.25时粒子运动混沌，近共振阿尔文波可模拟经典散射，其非扩散特性能避免90°势垒并提高特殊粒子加速率。
2026-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of a mildly relativistic collision of an electron-ion plasma carrying a quasi-parallel magnetic field: Electron acceleration and magnetic field amplification at supernova shocks
接近SNR冲击的等离子体过程导致磁场的放大和电子的加速，将它们注入扩散加速机制。本文研究了由电子和离子组成的两个等离子体云以0.5c的速度碰撞时电子的加速和B场的放大。一个准平行的引导磁场，云密度比为10和等离子体温度为25 keV被认为是。在稠密等离子体云的前部形成准平面激波。它是由具有沿引导磁场的电场分量的圆左旋偏振电磁波介导的。它的传播方向接近于引导场的传播方向，并与碰撞边界正交。它具有低频率和等于离子惯性长度的几倍的波长，这将指示接近左手模式（离子哨声）的离子回旋共振频率的色散阿尔芬波，只要频率是适当的。然而，它以超阿尔芬等离子体碰撞速度移动，这表明它是阿尔芬先驱或非线性MHD波，如短大振幅磁结构（SLAMS）。这种波的磁振幅的增长值远远超过准平行引导场和平行模式的结果在准垂直冲击。我们提出的证据，这种模式的不稳定性的四波相互作用。在稠密云上游发展的波引起碰撞边界前的电子加速。离子和电子之间的能量均分建立在冲击和电子被加速到相对论速度。
2009-10-01 astro-ph.HE
Relativistic two-wave resonant acceleration of electrons at large-amplitude standing whistler waves during laser-plasma interaction
该研究通过粒子模拟发现薄箔靶与沿外磁场注入的圆偏振激光作用时，靶前表面形成的驻哨声波可通过相对论双波共振加速高效产生热电子，其数量较传统无磁化情况大幅增加多个数量级。
2024-11-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Twinkling pulsar wind nebulae in the synchrotron cut-off regime and the gamma-ray flares in the Crab Nebula
在脉冲星风星云中被加速的超相对论粒子的同步辐射可能支配其光谱，直到伽马射线能量。由于伽马射线发射电子的冷却时间短，伽马射线发射区紧邻加速部位。粒子加速可能发生在相对论性条纹风的终止激波处，在那里多次强制磁场重联提供了强的磁场涨落，促进了费米加速过程。加速机制意味着在粒子加速区域中存在随机磁场，这导致同步辐射的随机变化。这种变化在陡峭的伽马射线谱尾中特别强烈，在那里，磁场的适度波动会导致光谱通量的强烈耀斑。特别是，磁场的随机变化，这可能会导致准周期的伽玛射线耀斑，可以产生的相对论回旋离子不稳定性在终止冲击。我们的模型计算的同步辐射的光谱和时间演化的光谱截止制度表明，间歇性的磁场浓度占主导地位的伽马射线发射从最高能量的电子，并提供快速，强烈的变化，即使是准稳定分布的辐射粒子。模拟的光变曲线和光谱可以解释蟹状星云中观测到的非常强烈的伽马射线耀斑，以及在其他波长处缺乏强烈变化的现象。该模型预测耀斑阶段的高偏振，这可以用未来的偏振观测进行测试。
2011-12-14 astro-ph.HE
Travelling waves and a fruitful `time' reparametrization in relativistic electrodynamics
本文将带电粒子在一个平面行波F_t（ct-z）与一个静止部分F_s（x，y，z）之和的外电磁场中的非线性运动方程简化为：通过在作用量、拉格朗日量和哈密顿量中采用类光坐标ct-z代替时间t作为自变量，并由此导出新的欧拉-拉格朗日方程和哈密顿方程，我们使未知的z（t）从F_t的辐角中消失。我们首先研究和解决单粒子方程在几个显着的极端加速度的情况。特别地，我们得到了Lawson-Woodward型（无最终加速度）定理的一个严格公式和回旋自共振的一个简洁推导，以及在一致F_s存在下的新解。然后，我们将我们的方法扩展到流体力学条件下的等离子体，并将其应用于平面问题：偏微分方程系统可以部分求解，有时甚至完全减少到一个家庭的解耦系统的普通的，这发生在例如，与冲击的行波真空等离子体界面（什么可能产生弹弓效应）。由于傅立叶分析在我们的一般框架中不起作用，因此该方法可以应用于所有类型的行波，从几乎单色到所谓的“脉冲”，其中包含很少，一个甚至没有完整的周期。
2018-01-28 astro-ph.HE math-ph math.MP
Ion acceleration to MeV by the ExB wave mechanism in collisionless shocks
结果表明，在垂直于磁场的方向上，离子可以通过静电波的ExB机制加速到MeV能量范围。加速发生在离散的步骤的持续时间是一个小部分的gyroperiod，可以解释观测到的离子电子伏特到10千电子伏在准垂直冲击和100-1000千电子伏在准平行冲击。给出了任意形状冲击波中加速离子的最大能量的一般表达式。参与加速的波与三个交叉场电流驱动的不稳定性有关：由激波和小激波中的密度梯度引起的低混合漂移（LHD）不稳定性，其次是由强LHD波电场中电子的ExB漂移引起的修正双流（MTS）和电子回旋漂移（ECD）不稳定性。ExB波机制将重离子加速到与原子质量数成比例的能量，这与弓形激波上游的卫星观测以及超新星遗迹中的后激波观测是一致的。
2021-04-01 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Preferential Heating and Acceleration of Heavy Ions in Impulsive Solar Flares
采用三维电磁粒子模拟方法模拟了均匀对等离子体中的衰减湍流。均匀的背景磁场渗透等离子体，使得磁压比热压大三倍，并且湍流由反向传播的剪切阿尔文波产生。能量主要横向于背景磁场级联，使得湍流在较小尺度上各向异性。我们在模拟中同时移动了几种不同荷质比的离子，并表明荷质比较小的粒子以更快的速度被加热并加速到非热能，这与在脉冲太阳耀斑中观察到的重离子和非热尾的增强一致。我们进一步表明，重离子的激励主要是在垂直于背景磁场的方向与我们的分析估计的加热率由于回旋共振与阿尔文波，其中很大一部分是由于倾斜传播波的速率一致。
2017-02-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Expanding Fireball in Magnetar Bursts and Fast Radio Bursts
中子星（NS）表面附近产生的辐射等离子体火球在自身压力下沿磁场线膨胀，产生光子发射和相对论物质外流。我们将膨胀火球演化分为五种情况，并考虑关键过程，得到光球光度和外流动能;从磁通量管逃逸的光子的横向扩散、强磁场的影响、来自NS表面的重子加载以及经由回旋共振散射的辐射加速，其中一些还没有在伽马射线暴的背景下考虑。将我们的模型应用到磁星爆发与快速射电暴（FRB），特别是与银河系FRB 20200428 A相关的SGR 1935+2154的X射线短爆发，我们表明，爆发辐射可以加速外流到高洛伦兹因子，并有足够的能量为FRB提供动力。
2023-01-17 astro-ph.HE
Particle Acceleration at a Flare Termination Shock: Effect of Large-scale Magnetic Turbulence
我们研究带电粒子（包括电子和质子）在预测存在于太阳耀斑附近的无碰撞冲击中的加速。通过耀斑模型和数值模拟，柴田福布斯我们研究了电子束通过数值积分的运动方程的大量的测试粒子电子的时间依赖性的二维电场和磁场产生的混合模拟（动力学离子和流体电子）使用典型的太阳耀斑等离子体环境的参数。冲击波是通过向刚性活塞注入等离子体流而产生的。大规模的磁波动-已知存在于等离子体中，并已知在冲击时对非热电子加速有重要影响-也包括在我们的模拟中。对于耀斑区的参数特征，我们的计算表明，在重联流出区（以上耀斑环）形成的终止激波可以加速电子的动能的几兆电子伏在100个离子回旋周期内，这是一个毫秒的顺序。给定足够的湍流振幅水平（$δB^2/B_0^2 \sim 0.3$），约10%的热测试粒子电子被加速到超过15 keV。我们发现质子也被加速，但在可用的时间内没有达到高能量，并且对于我们模拟中使用的参数，能谱比电子的能谱陡峭得多。我们的结果与观测到的太阳耀斑中的硬X射线辐射定性一致。
2012-05-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Wave Generation by Flare-Accelerated Ions and Implications for 3He Acceleration
该研究通过粒子模拟发现，耀斑加速的高能质子和α粒子产生的斜向波能有效加热并输运$^3$He至加速区，其丰度可接近$^4$He，从而解释脉冲耀斑中$^3$He的增强现象。
2024-03-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stochastic and quasi-adiabatic electron heating in quasi-parallel shocks
使用磁层多尺度（MMS）观测地球的准平行弓激波，我们证明了电子被加热的两种不同的机制：在磁场压缩的准绝热加热过程中，其特征在于由各向同性的温度关系$T/B=(T_0/B_0)(B_0/B)^α$与$α=2/3$时，电子加热功能$|χ_e|<1$，和一个随机加热过程时，$|χ_e|>1$。这两个过程都是由随机加热函数$χ_j = m_j q_j^{-1} B^{-2}\mathrm{div}(\mathbf{E}_\perp)$的值控制的粒子与质量$m_j$和电荷$q_j$在电场和磁场$\mathbf{E}$和$\mathbf{B}$。试验粒子模拟表明，在所研究的冲击波的随机电子加热和加速是由波的频率（0.4 - 5）$f_{ce}$（电子回旋频率）散装加热，和波$f>5\,f_{ce}$的尾部分布函数的加速。随机加热可以产生平顶电子分布函数，经常观察到附近的冲击。电子回旋漂移（ECD）和离子声不稳定性的斜极化电场将电子散射到平行方向，并保持电子分布的各向同性。本文报道的结果可能与行星际冲击和其他天体物理冲击的电子加热和加速有关。
2020-10-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Radiation Forces Constrain the FRB Mechanism
我们提供了快速射电暴（FRB）模型的辐射力与这些强大的瞬态仔细考虑的约束。我们发现，诱导康普顿散射的相干辐射的电子/正电子加速粒子到非常大的洛伦兹因子（LF）在这个辐射源和周围。这严重限制了那些在距离中子星约$10^{13}$ cm处引起相对论激波和脉泽型不稳定性的FRB模型。在这些模型中，逆流的辐射迫使粒子远离激波，其LF大于激波阵面的LF。这将在光子生成过程运行不到~0.1 ms（观察者帧持续时间）后暂停光子生成过程。我们发现，在距离大于$10^{13}$ cm的冲击波中工作的脉泽不能同时解释1 ms或更长的爆发持续时间和观测到的~1 GHz频率的FRB，而不需要过多的能量预算（$10^{46}$ erg）;能量不是通过对微波激射器机制强加任何效率考虑或其它细节来计算的，但这完全是确保由激波阵面上游的诱导康普顿力引起的粒子加速不会阻塞微波激射过程的结果。为了使源或多或少地连续运行几毫秒，它应该嵌入强磁场中-回旋频率$\gg$波频率-以便辐射力不会分散等离子体并关闭发动机。
2020-04-01 astro-ph.HE
A new cosmic ray-driven instability
宇宙线（CR）驱动的不稳定性在星系和星系团中的激波粒子加速和CR传播过程中起着决定性的作用。这些不稳定性放大磁场和调制CR运输，使固有的碰撞CR人口紧密耦合到热等离子体，并提供动态反馈。在这里，我们表明，CR与一个有限的俯仰角驱动电磁波（沿背景磁场）不稳定的中间尺度之间的回旋半径的CR离子和电子，只要CR的漂移速度小于一半的阿尔文速度的电子。通过求解线性色散关系，我们表明，这种新的不稳定性通常增长速度超过一个数量级的比较，通常讨论的共振不稳定性在离子陀螺仪。我们发现这种中间尺度的不稳定性的增长率，并确定为背景离子回旋模式的框架中，是与CRs共动的增长模式。我们证实了理论的增长率与粒子在细胞（PIC）模拟和研究这种不稳定性的非线性饱和。我们确定了三个重要的天体物理应用，这种中等规模的不稳定性，预计1。调节星系和星系团中的CR输运并加强CR反馈，2.使电子能够注入到扩散冲击加速过程中，以及3.减速CR逃逸的粒子加速的网站，这将产生伽马射线晕周围的CR源，如超新星遗迹。
2020-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
