Mildly relativistic magnetized shocks in electron-ion plasmas -- II. Particle acceleration and heating
本文用前所未有的高分辨率二维粒子模拟方法研究了电子-离子等离子体中弱相对论磁化冲击下粒子的加速和加热。电子在冲击波处被超绝热加热，并且从质子到电子的大部分能量转移发生在冲击波处或冲击波下游。我们是第一个证明，冲击波涟漪是至关重要的电子在冲击波。它们与质子的比例远低于均分。下游的电子光谱近似热与有限的超热幂律分量。我们的研究结果进行了讨论的背景下，尾流场加速和建模的电磁辐射耀变体核心。
2021-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonrelativistic parallel shocks in unmagnetized and weakly magnetized plasmas
我们提出的2D3V粒子在细胞模拟的非相对论性等离子体碰撞与不存在或平行的大规模磁场的参数适用于年轻的超新星遗迹的条件。我们研究了不同密度的等离子体板的碰撞，导致两个不同的冲击和接触不连续性。电子动力学在系统的发展过程中起着重要的作用。虽然非相对论性冲击在未磁化和磁化等离子体中都可以由韦伯型不稳定性介导，但当存在大尺度磁场时，冲击形成过程的效率更高。正向和反向冲击下游的电子分布通常是各向同性的，而离子的情况并非总是如此。我们没有看到任何显著的证据，无论是在电子人口，也不是在离子分布的预加速。
2012-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Perpendicular relativistic shocks in magnetized pair plasma
利用二维Particle-in-Cell模拟方法研究了磁化对等离子体中的垂直相对论（$γ_0=10$）激波。一个系统的调查，从非磁化到强磁化的冲击，准确地捕捉从韦贝尔介导的磁反射形冲击的过渡。发现这种转变发生在上游流动磁化$10^{-3}<σ<10^{-2}$，在该磁化强度下，在前体中观察到强的垂直净电流，从而驱动所谓的电流不稳定性。讨论了该激波的全球结构和激波形成时间。除了$10^{-4} < σ< 10^{-2}$的计算结果与数值计算结果有10%的偏差外，MHD激波跳跃条件与数值计算结果符合得很好。粒子前体长度在中间磁化下朝向注入上游磁场中的粒子的拉莫尔半径收敛。对于$σ>10^{-2}$，它让位于一个纯粹的电磁前兆，这是由激波阵面处的电磁波的强发射引起的。粒子加速被发现是有效的弱磁化垂直冲击与以前的工作，并完全抑制$σ> 10^{-2}$。只有在弱磁化冲击中才能观察到扩散冲击加速度，而在中等磁化强度下则证明了冲击漂移加速度的主要贡献。从模拟中提取的空间扩散系数，允许更深入地了解自洽粒子运动学和尺度与弱磁化冲击中的粒子能量的平方。这些结果对活动星系核喷流内部激波和脉冲星风星云终止激波中的粒子加速有影响。
2018-04-24 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radiation Reaction effects on Coherent Emission in Relativistic Magnetized Shocks
State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan Key Laboratory of Survey Science, Yunnan University（云南大学）
通过粒子模拟研究辐射反作用效应对相对论磁化激波中电子动力学和相干辐射的影响，发现其抑制电子能量、增强辐射强度并改变频谱特征，可能与快速射电暴观测现象相关。
2026-06-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Full particle-in-cell simulation of the interaction between two plasmas for laboratory experiments on the generation of magnetized collisionless shocks with high-power lasers
采用一维粒子模拟方法，对强激光产生磁化无碰撞激波的实验室实验进行了初步的数值实验。本文研究了运动的铝等离子体和静止的氮等离子体之间的相互作用。在数值实验中，氮等离子体是未磁化的或被一个弱的外部磁场磁化。由于先前的研究表明由于Biermann电池在活塞（铝）等离子体中产生自发磁场，因此磁场的效果是令人感兴趣的。当两个等离子体中的一个被磁化时，在两个等离子体之间的界面附近观察到电子密度和磁场的急剧跳跃，这表明切向电子-磁流体动力学间断的形成。当铝等离子体被磁化时，氮离子在铝等离子体区回旋时，铝等离子体的密度和磁场都发生了强烈的压缩。激波下游的形成由激波跳跃条件指示。结果表明，活塞（铝）等离子体中的自发磁场在垂直无碰撞激波的形成中起着至关重要的作用。
2019-02-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Simulations of Strongly-Magnetized Parallel Shocks: Deviations from MHD Jump Conditions
激波是天体物理等离子体系统中普遍存在的一种现象，也是能量耗散和传递的重要过程。这些冲击波的物理经常被视为/模拟为碰撞，流体MHD不连续性，尽管事实上，许多冲击发生在无碰撞制度。有鉴于此，使用完全动力学，非相对论，平行传播的电子-正电子等离子体组成的无碰撞冲击的三维模拟，我们详细的偏差无碰撞冲击形式MHD预测不同的磁化/Alfvénic马赫数，特别关注系统的Alfénic马赫数远小于声波马赫数。我们表明，冲击压缩比降低足够大的上游磁场，与Bret & Narayan（2018）的预测一致。此外，我们还研究了磁场强度对冲击波阵面宽度的影响。这项工作加强了越来越多的工作，这些工作表明，仅用流体等离子体描述来建模许多天体物理系统忽略了潜在的重要物理。
2021-10-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Mechanism of generating collisionless shock in magnetized gas plasma driven by laser-ablated target plasma
本文利用一维全粒子模拟研究了激光烧蚀靶等离子体驱动磁化气体等离子体产生无碰撞激波的机制，发现前驱波对种子激波的形成至关重要，且其起源依赖于靶等离子体注入时间。
2024-11-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Corrugation of relativistic magnetized shock waves
当冲击波阵面与湍流相互作用时，它会发展出湍流，从而在下游等离子体中诱导出出射波模式。对于快激波，入射波模式可以是来自下游的快磁声波，超过激波，或者是上游等离子体漂移通过激波的本征模式。本文用相对论磁流体动力学中的线性微扰理论，对相对论磁化快激波与小振幅扰动相互作用所产生的微扰进行了一般性分析。传递函数表征的线性响应的每一个传出模式计算作为上游介质的磁化的函数和作为传入波的性质的函数。有趣的是，如果后者是一个本征模式的上游等离子体，我们发现，存在一个共振，在该（线性）响应的冲击变得很大，甚至发散。这一结果可能对天体物理相对论磁化冲击波的现象学产生深远的影响。
2016-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Unstable electromagnetic modes in strongly magnetized plasmas
确定了强磁化等离子体中可能不稳定的电磁模。该制度的不稳定性可能会脱颖而出相比，非相干电子回旋辐射进行了探讨。这些模式与惯性约束聚变和伽马射线暴有关。
2012-11-03 astro-ph.HE physics.optics 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
High-power laser experiment on developing supercritical shock propagating in homogeneously magnetized plasma of ambient gas origin
利用高功率激光实验，在均匀磁化的等离子体中形成了一个发展中的超临界无碰撞激波，该等离子体具有比以往实验更高的均匀性。环境等离子体不会被激光照射后早期产生的等离子体污染。虽然所观察到的发展中的冲击波不具有稳定的下游结构，它具有磁化超临界冲击波的一些特征，这是支持一维全粒子模拟考虑有限时间的激光-目标相互作用的影响。
2022-07-26 astro-ph.HE hep-ex physics.plasm-ph
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
Particle Acceleration in Relativistic Magnetized Collisionless Pair Shocks: Dependence of Shock Acceleration on Magnetic Obliquity
利用2.5维和3维粒子模拟方法研究了相对论磁化无碰撞对激波的激波结构和粒子加速。我们探讨了冲击前磁场和冲击法线之间的倾斜角度范围。我们发现，只有磁倾角对应的“亚光速”冲击，其中相对论粒子的磁场后，可以逃脱前面的冲击，导致粒子加速。在这种冲击的下游频谱包括一个相对论麦克斯韦和高能量幂律尾指数截止。随着磁倾角在亚光速范围内的增加，高能尾所占的粒子比例（从~1%到~2%）和能量（从~4%到~12%）都在增加。幂律的谱指数随角度从-2.8+-0.1增加到-2.3+-0.1。对于几乎平行的激波，粒子加速由扩散激波加速过程驱动，对于较大的亚光速倾角，粒子加速切换到激波漂移加速。对于“超光速”激波，下游粒子谱没有显示出任何明显的超热尾。从上游坐标系可以看出，相对论性（洛伦兹因子gamma 0> 5）磁化（sigma > 0.03）流中的有效加速只存在于很小的磁倾角范围内（< 34/gamma 0度），因此相对论性天体物理对激波必须要么接近平行，要么弱磁化，以产生非热粒子。这些发现限制了AGN喷流、脉冲星风星云和伽马射线暴的模型，这些模型在相对论磁化冲击中引起粒子加速。（节录）
2009-01-19 astro-ph.HE
Dynamical efficiency of collisionless magnetized shocks in relativistic jets
所谓的内激波模型旨在解释起源于耀变体流和伽马射线暴的非热过程所产生的光变曲线和光谱。一个长期存在的问题是，在相对论性流中驱动的微弱的无碰撞冲击是否足够有效，以解释与预期的外流动能相比所观察到的能量。在这项工作中，我们研究了相对论磁化外流的内部冲击的动能转换为热能/磁能的动态效率。我们发现，具有非零相对速度的壳之间的碰撞可以产生两个相反移动的冲击（在接触面处于静止的框架中），或反向冲击和前向稀疏。对于中等磁化强度的冲击波（磁化强度σ ~ 0.1），两壳层相互作用的动力学效率可达40%。因此，中等磁化冲击的动态效率大于相应的未磁化的两壳层相互作用。我们发现，效率仅弱依赖于壳层的洛伦兹因子，因此在耀变体和伽马射线暴的磁化流的内部冲击是近似相等的效率。
2010-12-11 astro-ph.HE
Magnetic Field Amplification and Particle Acceleration in Weakly Magnetized Trans-relativistic Electron-ion Shocks
Columbia University（哥伦比亚大学）；The University of Tokyo（东京大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Flatiron Institute（平托研究所）
研究弱磁化跨相对论电子-离子冲击中磁场放大与粒子加速机制，发现不同不稳定性主导下非热离子和电子的加速效率及能量标度差异。
2026-02-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Self-similar structure of ultra-relativistic magnetized termination shocks and the role of reconnection in long-lasting GRB ouflows
本文研究了磁化风与磁化外介质相互作用产生的超相对论流的双激波结构。接触不连续（CD）是流动中的一个特殊点-密度、动压和磁场在CD上经历跳跃或非解析。为了动态连接外部区域（前向激波流）和内部区域（反向激波流），需要解决接触间断处的流动奇点。在CD上，压力仅通过两侧的磁场传递-CD变成阿尔芬切向不连续。因此，动态放大的磁场导致形成一个狭窄的磁鞘。我们讨论了一种可能性，即粒子发射早期的$X$ -射线余辉，以及费米GeV光子，加速通过磁重联过程中的后反向冲击区，特别是在磁鞘。
2017-05-02 astro-ph.HE
Dynamics of strongly magnetized ejecta in Gamma Ray Bursts
我们考虑磁化伽玛暴外流的动力学尺度，使用扩展任意磁化外流的黎曼问题的解（Lyutikov 2010）。对于高喷出物磁化，前向激波的行为非常类似于所谓的厚壳区的流体动力膨胀。例外的是在小半径处，前向激波的运动由亚音速相对论外流的动力学决定。反向激波的行为在流体和磁化情况下是不同的：在后一种情况下，即使对于中等磁化强度，σ ~ 1，反向激波形成在相当大的距离，可能永远不会形成在风型外部密度分布。
2010-04-14 astro-ph.HE
Radiation Reaction in Relativistic Magnetized Shocks of Neutron Star Magnetospheres
Observatoire de Paris, Sorbonne Université, Université PSL, CNRS, LUX（巴黎天文台，索邦大学，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，LUX）；School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University（特拉维夫大学物理与天文学学院）
本研究通过多流体模型和粒子模拟，发现辐射反作用不抑制磁星怪物激波的前驱辐射，仅将光谱峰值移至更高频率，且亮度由驱动波亮度和转换效率决定。
2026-10-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Physics and phenomenology of weakly magnetized, relativistic astrophysical shock waves
弱磁化的相对论性无碰撞激波不仅是高能天体物理源中相对论性喷流的自然产物，而且还与通过粒子加速和辐射的能量耗散的一些最突出的表现有关。也许它们最奇特和最令人兴奋的特征是，维持加速过程的磁化湍流，以及（可能）次级辐射本身，是由被加速的粒子本身自激发的，因此这些冲击波的现象学在很大程度上取决于冲击波的微观物理。在这篇评论中，我们绘制了一个状态报告，这种微观物理，基准分析参数与粒子在细胞模拟，并提取直接感兴趣的现象学的后果，特别是关于所谓的微观物理参数中使用的现象学研究。
2020-12-16 astro-ph.HE
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
Superluminal Wave Activation at Relativistic Magnetized Shocks
Dartmouth College（达特茅斯学院）；Sorbonne Université, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, LUX（索邦大学、巴黎天文台、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、LUX）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理中心，Flatiron研究所）
该研究通过反物质等离子体理论和粒子-细胞模拟，验证了超光速波激活机制在相对论性磁化激波中生成快速射电暴的可能机制。
2026-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Parallel Collisionless Shocks in strongly Magnetized Electron-Ion Plasma. I. Temperature anisotropies
本研究利用PIC模拟探究强磁化等离子体中平行无碰撞电子-离子激波的特性，揭示了不同磁化强度下激波的压缩比、不稳定性、粒子加速及温度演化规律，明确其与标准MHD行为的偏差。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Scattering of ultrastrong electromagnetic waves by magnetized particles
对中子星磁层发出的强大无线电波的观测提出了一个问题，即在强背景磁场$B_{bg}$中，强电波如何与粒子相互作用。这个问题是通过求解波中质点的运动来检验的。值得注意的是，具有振幅$E_0>B_{bg}$的波通过重复的共振事件泵送粒子能量，迅速达到辐射反应极限。结果，波以巨大的截面被散射。这一事实对快速射电暴和磁星的模型有影响。在波中加速的粒子会发出伽马射线，这会引发$e^\pm$雪崩，而不是无声的逃逸，波会产生X射线烟花。
2022-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
High-power laser experiment forming a supercritical collisionless shock in a magnetized uniform plasma at rest
提出了一种新的产生准垂直超临界磁化无碰撞激波的实验方法。在我们的实验中，环境氮（N）等离子体是在休息和良好的磁化，它具有均匀的质量密度。等离子体是由激光驱动的烧蚀铝（Al）等离子体推动的。条纹光学高温计和空间分辨激光集体汤姆逊散射澄清等离子体密度和温度的结构，这是比较一维粒子在细胞模拟。结果表明，激光辐照后，Al等离子体被自生的Biermann电池场磁化，并与入射的N等离子体发生碰撞。N等离子体中的压缩外部场反射N离子，导致逆流磁化N流。也就是说，我们识别反射的N离子的边缘。这种相互作用的等离子体形成了磁化的无碰撞激波。
2022-02-07 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.plasm-ph
Interaction of a Relativistic Magnetized Collisionless Shock with a Dense Clump
相对论性磁化无碰撞激波与致密团块之间的相互作用被认为对磁场放大和宇宙线加速起着至关重要的作用。我们调查这个过程中的二维粒子在细胞（PIC）模拟的第一次，其中的团块的大小是远远大于下游颗粒的回旋半径。我们还进行了相对论磁流体动力学（MHD）模拟相同的条件下看到的动力学效应。我们发现粒子在PIC模拟中沿着磁场线从激波团中逃逸，因此涡量比MHD模拟中的低。此外，在PIC和MHD模拟中，由于相对论效应，受冲击的块体迅速减速。在相对论无碰撞激波中，由于逃逸和减速，激波团不能放大下游磁场。这种大规模的PIC模拟为理解无碰撞等离子体系统中的大尺度行为打开了一扇新的窗口。
2022-08-15 astro-ph.HE
Standing Shocks in Magnetized Dissipative Accretion Flow around Black Holes
本文研究了在环形磁场作用下的Schwarzschild黑洞周围吸积流的全局结构。吸积流是光学薄和平流为主。同步辐射被认为是流中的主动冷却机制。由此得到了整体跨音速吸积解，并证明了旋转磁化吸积流中的离心势垒引起了流变量以激波形式的不连续跃迁。激波特性和激波后电晕的动力学特性受流场参数如粘性、冷却速率和磁场强度的影响。针对这些流动参数的冲击性能进行了研究。我们进一步表明，对于给定的一组边界参数在盘的外缘，吸积流周围的黑洞承认冲击时，流量参数被调谐为一个相当大的范围。
2017-12-19 astro-ph.HE
QPOs from post-shock accretion column of strongly magnetized accreting white dwarfs
强磁化吸积白矮星的扩展磁层（称为极地）阻止了吸积盘的形成，物质被引导到磁极。一些这样的光源在其光学光变曲线中表现出准周期振荡。这些高频振荡被认为是由激波后的吸积柱产生的。吸积流的动能最终从激波后区域发射出来，而所涉及的辐射过程决定了物质的状态。本文研究了这种吸积柱的结构和动力学性质，并与观测结果进行了比较。
2020-09-28 astro-ph.HE
An energy-conserving dynamical model of GRB afterglows from magnetized forward and reverse shocks
在伽马射线暴（GRB）余辉的动力学模型中，一致性假设引起了总能量守恒问题。在这项工作中，我们考虑了源自磁化喷出物的冲击，通过应用Zhang和Kobayashi（2005）的磁化跳跃条件，将Yan等人（2007）的能量守恒流体动力学模型扩展到MHD极限。与非保守模型相比，我们的整个冲击区的洛伦兹因子大了$\lesssim\sqrt{2}$倍。在相对论区域中，前向激波区的总压力高于反向激波区，在我们的星际介质（ISM）情况下，当喷出物磁化程度为$σ<1$时，前向激波区的总压力约为反向激波区的3倍，在风情况下，前向激波区的总压力约为反向激波区的2.4倍。对于$σ\le 1$，非保守模型在ISM情况下损失了其总能量的$32-42$ %，在风情况下损失了$25-38$ %，这特别发生在前向激波区域，使得来自前向激波的激波同步辐射不如预期的明亮。一旦能量守恒的问题是固定的，后期的光变曲线从向前冲击变得几乎独立的喷出物的磁化。由于洛伦兹因子的变化被冲击粒子数密度的变化所补偿，反冲击区不存在能量守恒问题。反向激波的早期光变曲线对喷出物的磁化强度很敏感，是探测喷出物磁化程度的重要手段。
2021-04-28 astro-ph.HE
Study of Magnetized accretion flow with cooling processes
本文研究了中子星磁化吸积流/漏斗流中的激波，分别采用韧致辐射冷却和回旋冷却。所有的吸积解都以靠近中子星表面的激波终止，但是在参数空间的某些区域，它还包含远离恒星表面的第二激波。我们发现，回旋加速器冷却对于匹配表面边界条件的正确吸积解是必要的。
2018-02-16 astro-ph.HE
Nonrelativistic collisionless shocks in weakly magnetized electron--ion plasmas: two-dimensional particle-in-cell simulation of perpendicular shock
本文采用二维粒子模拟方法研究了磁化参数为6 x 10^-5的弱磁化垂直激波，该参数相当于约130的高Alfvén马赫数M_A。它表明，电流丝形成在脚区的冲击，由于离子束-韦伯不稳定性（或离子扩散不稳定性），并产生一个强大的磁场。在下游区域中，这些电流丝还产生通常比上游磁场强15倍的缠结磁场。下游区电子和离子的热能不均分，温度比T_e / T_i ~ 0.3 - 0.4。在我们的模拟中没有观察到有效的电子加速，尽管一小部分离子在冲击反射时略有加速。模拟结果与Rankine-Hugoniot关系吻合得很好。它还表明，电子和离子被加热的底部区域的布尼曼不稳定性（电子）和离子声不稳定性（电子和离子）。然而，由于反射离子的相对高的温度，布尼曼不稳定性的增长率显著降低。出于同样的原因，离子-离子流不稳定性不会在足部区域增长。
2010-08-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Standing shocks in magnetized advection accretion flows onto a rotating black hole
本文给出了旋转黑洞周围存在耗散时磁化平流吸积流的全局结构。通过考虑环形磁场对吸积流的穿透作用，并假设同步辐射机制是主要的冷却过程，我们得到了整体跨音速吸积解，这些解分别用粘性（$α_B$）、吸积率（${\dot m}$）和等离子体- $β$等耗散参数表示.在旋转磁化吸积流中，在黑洞附近区域产生离心势垒，触发流变量的不连续激波跃迁。显然，激波特性和激波后气流（下文称为激波后电晕（PSC））的动力学是由气流参数决定的。我们研究了耗散参数在驻波形成中的作用，发现无论是在气压主导的流动中还是在磁压主导的流动中，都存在整体激波吸积解。此外，我们还观察到，在快速旋转的黑洞周围也会继续形成驻波激波。我们确定的范围内的耗散参数，允许冲击吸积的解决方案，并发现，即使在存在高耗散极限的持续冲击继续形成，虽然冲击形成的可能性随着耗散的增加而减少。此外，我们计算临界吸积率（${\dot m}^{\rm cri}$），承认冲击和观察到存在的驻激波在磁占主导地位的吸积流时，吸积率一般位于亚爱丁顿域。最后，我们计算了可能从PSC逃逸的最大耗散能量，并指出其在天体物理背景下的可能含义。
2018-07-30 astro-ph.HE
Non-resonant magnetohydrodynamics streaming instability near magnetized relativistic shocks
本文对相对论激波前体中的非共振流动不稳定性进行了线性研究和数值模拟。在冲击前restframe中，我们进行了线性分析，这种不稳定性在一个可能的配置超相对论冲击前兆。这考虑了具有垂直于冲击波阵面和大尺度磁场的波矢量的磁声波。我们的线性分析是在没有任何假设的冲击速度，因此是有效的所有速度制度。为了检验我们的计算，我们还进行了相对论MHD模拟，描述了上述磁声波通过冲击前兆的传播。数值计算证实了我们的线性分析，预测的增长率的不稳定性是最大的超相对论冲击，并表现出波数依赖$\propto k_x^{1/2}$。我们的数值模拟还描绘了饱和制度的不稳定性，我们表明，磁放大是温和的，但仍然显着（$δB/B\leq 10$）。后一个事实可以解释在相对论磁化冲击附近强湍流的存在。我们的数值方法也引入了一个方便的手段来处理等温（超）相对论MHD条件。
2013-05-03 astro-ph.HE
Preferential Positron Acceleration in Relativistic Magnetized Electron-Positron-Ion Shocks
Graduate School of Science and Engineering, Chiba University（千叶大学理工学研究科）；Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学高等学术研究院）
本研究通过模拟揭示了相对论磁化激波中正子的偏好性加速机制，表明超相对论激波是脉冲星风中高能正子过剩的主要来源。
2026-02-24 astro-ph.HE
Particle Acceleration by Pickup Process Upstream of Relativistic Shocks
本文用二维粒子模拟方法研究了电子-离子等离子体中磁化的纯垂直相对论激波对粒子的加速。已知具有上游体洛伦兹因子$γ_1 \gg 1$的磁化激波从激波阵面发射出强烈的电磁波，这些电磁波分别通过受激/感生拉曼散射和双折射不稳定性在上游区域诱发静电等离子体波（尾场）和横向介电结构。尾流场和细丝将一部分进入的粒子注入粒子加速过程中，在该过程中，粒子一旦通过尾流场与上游整体流分离，并且再次被流拾取。被拾取的粒子被运动电场加速。最大可达到的洛伦兹因子估计为$γ_{max,e} \sim αγ_1^3$的电子和$γ_{max,i} \sim (1+m_eγ_1/m_i)γ_1^2$的离子，其中$α\sim 10$是从我们的模拟结果确定。如果$γ_1$足够大，对于弱磁化冲击，$α$可以增加到$γ_1$。这一结果表明，高相对论性的天体物理冲击，如伽马射线暴的外部冲击，可以是一个有效的粒子加速器。
2021-11-10 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
Numerical study of broadband spectra caused by internal shocks in magnetized relativistic jets of blazars
相对论喷流中的内部激波假设已经被用来解释耀变体外流辐射的变化。最近的模拟表明，磁场改变了这些冲击的动力学，产生了一个完整的光谱能量密度模式动物园。然而，磁化在这种高能发射中所起的作用仍然没有完全理解。借助于\emph{Fermi}的第二个LAT活动星系核目录，我们与$γ$射线波段的观测结果进行了比较，以确定磁场的影响。
2013-09-18 astro-ph.HE
Double-peaked Pulse Profile of FRB 200428: Synchrotron Maser Emission from Magnetized Shocks Encountering a Density Jump
最近，一个与银河系磁星SGR 1935+2154的强X射线爆发相关的快速射电暴（FRB）200428被探测到，这是支持FRB磁星祖先模型的直接证据。假设FRB的辐射机制是磁化激波的同步脉泽辐射，通过引入上游介质的密度跳跃结构，我们发展了一种特殊的情形，因此FRB 200428的双峰特征是一种自然的结果。在这种情况下，两个脉冲的亮度和发射频率可以很好地解释。此外，我们发现，冲击加速电子的同步辐射是在X射线波段，因此可以负责至少一部分观察到的X射线通量。通过适当的升级，这种密度跳跃场景可以潜在地应用于未来具有多个峰值的FRB。
2020-11-23 astro-ph.HE
Constraints on Cold Magnetized Shocks in Gamma-Ray Bursts
本文考虑一个模型，其中伽马射线暴（GRB）中的超相对论性喷流是冷的和磁加速的。我们假设流出物质中的能流通过内部冲击或反向冲击部分热化，我们估计在这种磁化冲击中可能产生的最大辐射量。我们比较了这一估计与现有的观测数据在伽玛暴的即时伽玛射线发射。我们发现，即使有非常乐观的假设，磁化喷流模型是辐射效率太低，与观测结果是一致的。一种解决方法是假设在冲击后，甚至冲击前，喷射物质中的大部分磁能通过某种未指明的过程转化为粒子热能，然后辐射出去。这可以充分提高辐射效率以适合观测。或者，射流加速可以由热压力而不是磁场驱动。在这种情况下，这对应于传统的火球模型，足够的即时伽玛暴发射可以产生从冲击波在一个大的半径或从射流光球靠近中心。
2011-08-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Efficient ion re-acceleration in laboratory-produced interpenetrating collisionless shocks
Sorbonne Université（索邦大学）；Observatoire de Paris, Université PSL（巴黎天文台，巴黎文理研究大学）；Technion（以色列理工学院）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（英国科学与技术设施委员会鲁瑟福阿普尔顿实验室）；University of Oxford（牛津大学）；IRSN（法国辐射防护与核安全研究院）
通过激光实验和数值模拟，研究相互贯穿无碰撞激波对已加速质子的再加速机制，发现可显著提升能量并改善加速效率。
2026-06-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical simulations of the internal shock model in magnetized relativistic jets of blazars
相对论喷流中的内激波情景被用来解释耀变体辐射的变化。最近的研究表明，磁场显着改变壳层碰撞动力学，产生各种光谱能量分布和光变曲线图案。然而，磁化在这种发射过程中所起的作用仍然没有完全理解。在这项工作中，我们数值求解磁化壳碰撞的磁流体动力学演化，并确定磁化对所观察到的辐射的影响。我们的程序包括系统地改变壳层的洛伦兹因子、相对速度和视角。产生整个宽带光谱能量分布和光变曲线所需的计算在计算上是昂贵的，并且使用高性能并行代码来实现。
2015-02-27 astro-ph.HE
Radiative signature of magnetic fields in internal shocks
耀变体和伽马射线暴的常见模型假设，观测到的现象背后的等离子体在某种程度上是磁化的。在这方面，辐射签名的耗散的动能和转换的相对论磁化外流的内部冲击的磁能进行了研究。我们的模型内部冲击所造成的碰撞均匀等离子体壳。我们通过求解碰撞壳层接触面上的黎曼问题来计算壳层相互作用后的流动状态，然后计算由此产生的激波的辐射。在流动光度恒定的假设下，我们发现两个壳层都是弱磁化的（σ< \sim 0.01）和至少一个壳层的σ> \sim 0.01的模型之间有明显的差别。我们得到的辐射效率是最大的模型，其中，无论顺序，一个壳层是弱磁化和其他强磁化。在光谱的逆康普顿部分以及光学、X射线和1GeV光变曲线中观察到弱磁化壳层碰撞和强磁化壳层碰撞之间的实质性差异。我们提出了一种方法来区分弱磁化从磁化的内部冲击的观测通过比较的最大频率的逆康普顿和同步辐射部分的频谱的比例的逆康普顿和同步辐射通量。最后，我们的研究结果表明，LBL耀变体可能对应于几乎没有磁化的流动，而HBL耀变体可能对应于中等磁化的。实际上，通过与实际blazar观测结果的比较，我们得出结论，典型blazar的磁化强度σ < \sim 0.01，内激波模型在这些来源中是有效的。
2012-01-04 astro-ph.HE
Spectral and Polarization Properties of Coherent Radio Emission from Relativistic Magnetized Pair Plasma Shocks
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本研究通过三维粒子模拟揭示相对论磁化激波同步加速器脉泽辐射的光谱带宽与高线偏振特性，为区分非重复快速射电暴的辐射机制提供可检验特征。
2026-09-28 astro-ph.HE
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
Criteria for ion acceleration in laboratory magnetized quasi-perpendicular collisionless shocks: when are 2D simulations enough?
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究实验室准垂直无碰撞激波中离子加速，用混合粒子模拟探索阿尔文马赫数、声马赫数及等离子体β对离子能量的影响，建立三维模拟缩放标准，指出有效加速条件，还给出对实验配置的修改建议及应用前景。
2026-07-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Laboratory measurements of energy partitioning and anomalous electron heating in magnetized, perpendicular collisionless shocks
Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Kasetsart University（泰国农业大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究通过实验室实验观测超临界磁化非碰撞性激波的能量分配，发现下游电子和离子温度显著高于绝热和碰撞加热，揭示了非碰撞性异常电子加热现象。
2026-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Intergalactic electromagnetic cascades in the magnetized Universe as a tool of astroparticle physics
本文综述了河外磁场（EGMF）存在下的星系际电磁级联物理。星系际电磁级联的各种制度被认为取决于级联世代的数量，级联电子偏转角的值，和EGMF相干长度，典型的级联$γ$ -射线平均自由程，和电子能量损失长度之间的关系。我们还审查当代的EGMF参数的限制，并探讨各种$γ$射线仪器的EGMF参数的灵敏度。
2018-08-21 astro-ph.HE
The synchrotron maser emission from relativistic magnetized shocks: Dependence on the pre-shock temperature
同步脉泽不稳定性在相对论磁化冲击中产生的电磁前兆波最近被用来解释快速射电暴的相干射电辐射。通过二维粒子模拟，我们研究了相对论正负电子垂直激波中的前驱波的性质，它是激波前磁化强度$σ\gtrsim 1$的函数（即，入射坡印廷通量与粒子能通量的比率）和热扩散$Δγ\equiv kT/mc^2=10^{-5}-10^{-1}$。我们测量的分数$f_ξ$的总传入能量转换成前驱波，计算后冲击帧。在固定的磁化强度下，我们发现$f_ξ$几乎与温度无关，只要$Δγ\lesssim 10^{-1.5}$（从$Δγ=10^{-5}$到$Δγ=10^{-1.5}$只有适度的三分之一的减少），但对于$Δγ\gtrsim 10^{-1}$，它下降了近两个数量级。在固定温度下，磁化$f_ξ\sim 10^{-3}\,σ^{-1}$的标度与我们早期的一维结果是一致的。对于我们的参考$σ=1$，前驱波的功率谱在低温下相对较宽（分数宽度$\sim 1-3$），而对于$10^{-3} \lesssim Δγ\lesssim 10^{-1.5} $，它显示出分数宽度$\sim 0.2$的明显线状特征。对于$σ\gtrsim 1$，根据需要，前驱波在与激波法线（在激波后帧中测量）成$\simeq σ^{-1/2}$角的范围内发射，以便它们能够超过激波。我们的研究结果可以提供物理接地输入FRB发射模型的基础上脉泽发射相对论…
2020-06-04 astro-ph.HE
Relativistically-strong electromagnetic waves in magnetized plasmas
Purdue University（普渡大学）
本文研究了在等离子体中沿磁场传播的相对论非线性电磁波的性质，探讨了超光速和次光速波的色散关系及非线性效应，揭示了次光速波在特定条件下无法传播的机制。
2026-04-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamical structure of magnetized dissipative accretion flow around black holes
我们研究了黑洞周围的光学薄的、平流主导的、磁化吸积流的全局结构。我们认为磁场是湍流的性质和占主导地位的环形分量。在此基础上，我们得到了以韧致辐射过程为主要冷却机制的耗散流的完整吸积解。我们发现旋转磁化吸积流在黑洞周围由于离心斥力而经历虚势垒，从而触发流变量以激波形式的不连续跃迁。我们研究的冲击波的性质，并发现，动力学的冲击后电晕（PSC）的控制的流动参数，即粘度，冷却速率和强度的磁场，分别。我们分离的有效区域的参数空间的立激波和观察，激波可以形成广泛的流动参数。我们得到的临界粘度参数，允许全球吸积的解决方案，包括冲击。我们估计的能量耗散在PSC的吸积物质的一部分，可以偏转流出和射流。我们比较了几个超大质量黑洞源的PSC和观测到的射电光度值的最大能量，并讨论了我们目前分析的观测意义。
2016-06-02 astro-ph.HE
Magnetic Amplification by Magnetized Cosmic Rays in SNR Shocks
超新星遗迹（SNR）激波中同步加速器边缘的X射线观测显示了强磁场放大的证据（上游和下游介质之间的因子约为100）。这种放大可能是由于由激波加速的宇宙射线（CR）驱动的等离子体不稳定性。一个候选者是宇宙射线电流驱动（CRCD）不稳定性（Bell 2004），由大拉莫尔半径CR的电流平行于上游磁场传播引起。粒子模拟（PIC）表明，在银河系信噪比中，放大场对CR的反作用将限制这种不稳定性的放大因子小于10。在本文中，我们研究的可能性进一步放大驱动附近的冲击“磁化”的CR，其拉莫尔半径小于长度尺度的字段，以前被放大的CRCD不稳定性。我们发现，额外的放大可以发生由于一个新的不稳定性，驱动的CR电流垂直的领域，我们称之为“垂直电流驱动的不稳定性”（PCDI）。我们推导出这种不稳定性的增长率，并使用PIC模拟，研究其非线性演化和饱和。我们发现，PCDI增加了现场的放大（放大因子高达~45，不包括冲击压缩），并讨论其观测签名。我们的研究结果加强了CR驱动SNR冲击中观察到的磁场放大的重要部分的想法。
2009-12-26 astro-ph.HE
Effect of thermal conduction on accretion shocks in relativistic magnetized flows around rotating black holes
本研究探讨热传导对旋转黑洞周围相对论磁化吸积流中激波的影响，发现热传导和磁场增强可提高黑洞源的辐射光度。
2025-04-25 astro-ph.HE
Accretion of supersonic magnetized winds onto black holes
我们提出了磁化超音速风吸积到一个旋转的黑洞在三维空间。我们选择代表性的自旋风的方向，以说明其对激波锥的演变和形态的影响。与纯粹的流体动力学情形不同，磁化情形中最重要的发现是形成了稀薄的斑点，其中磁场压力超过气体压力。在这些稀疏的斑点中，我们发现激波锥内涡流的形成。
2023-01-11 astro-ph.HE
