Electromagnetic draping of merging neutron stars
我们首先推导出一组描述相对论性无力等离子体的一般定态组态的方程，而不假设任何几何对称性。然后，我们证明，电磁相互作用的合并中子星必然是耗散的，由于电磁披覆的效果-创建耗散区附近的恒星（在单磁化的情况下）或在磁层边界（在双磁化的情况下）。我们的结果表明，即使在单一磁化的情况下，我们预计相对论射流（或“舌头”）的产生，相应的光束发射模式。
2022-11-29 astro-ph.HE
Photon Accelerator in Magnetized Electron-Ion Plasma
ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC（极亮基础设施欧洲研究组织 ELI 光束线设施）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST)（量子与辐射科学和技术研究所）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Gerard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, University of Michigan（密歇根大学杰拉德·穆鲁超快光学科学中心）
研究强磁场环境下等离子体中光子加速机制，揭示磁场对电磁波频率增益的增强效应
2026-02-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Finite temperature effects on anisotropic pressure and equation of state of dense neutron matter in an ultrastrong magnetic field
考虑了在磁场$H$ ~ $10^{20}$ G范围内，在有限温度下，具有最近发展的Skyrme有效相互作用（BSk 20参数化）的致密中子物质的自旋极化态.在强磁场中，中子物质中的总压是各向异性的，并且在$H>H_{th}\sim10^{18}$ G处，平行于场方向和垂直于场方向的压力之间的差异变得显著。纵向压力随磁场的增加而减小，在临界场$10^{18}<H_c\lesssim10^{19}$ G处消失，导致中子物质的纵向不稳定性。随着温度的升高，阈值$H_{th}$和临界$H_c$磁场也增大。纵向不稳定性的出现阻止了中子物质中完全自旋极化态的形成，并且只有具有中等自旋极化的态是可访问的。在密度和温度相关的磁星内部的各向异性状态方程的确定。强磁化中子物质的熵比非极化物质的熵大。这是由于在极化状态下，熵对自旋向上和自旋向下的中子的有效质量的依赖关系中的一些具体细节造成的。
2013-01-04 astro-ph.HE nucl-th
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
Magnetars
磁星是年轻且高度磁化的中子星，其显示出广泛的X射线活动，包括短爆发、大爆发、巨型耀斑和准周期振荡，通常伴随着有趣的定时行为，包括增强的自旋下降、毛刺和反毛刺。这种活动的大部分是由超强磁场的演化和衰减来解释的，超强磁场对中子星地壳施加压力并使其破裂，这反过来又驱动了外部磁层的扭曲和强大的磁层电流。被探测到的磁星数量已经增加到大约30个，并显示出与非常高磁化的射电望远镜明确的现象学联系。磁星理论的最新进展包括解释磁星光谱中的硬X射线成分和发展表面加热模型，解释了源的显着辐射输出。
2017-02-28 astro-ph.HE
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
Absorption of strong electromagnetic waves in magnetized pair plasmas
Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN -- Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所--格兰萨索国家实验室）
研究强电磁脉冲在磁化电子等离子体中的吸收机制，揭示回旋共振条件的扩展及其对快速射电暴发射模型的约束作用。
2025-12-04 astro-ph.HE
Electromagnetic wave transparency of X mode in strongly magnetized plasma
从真空落在等离子体介质上的电磁脉冲可以在等离子体中反射或传播，这取决于它是过密还是欠密。然而，在磁化等离子体中，通常存在几个用于EM波的通带和阻带，这取决于磁场相对于传播方向的取向。在等离子体中传播的EM波可以在等离子体中激发静电扰动[1，2]。在这项工作中，粒子在细胞模拟已经进行了说明完全透明的电磁波传播内的强磁化等离子体。外部磁场被选择为垂直于电磁波的波传播方向和电场，这是X模式配置。尽管存在带电的电子和离子物种，等离子体介质表现得像真空。借助于粒子漂移可以理解这种观察。结果表明，虽然两种粒子在电磁场的影响下运动，但它们的运动不会导致任何电荷或电流源改变介质中传播的电磁波的色散关系。此外，它也表明，在这种制度的电磁波的阻带收缩到零宽度的谐振点和截止点彼此接近。因此，在这种强磁化的情况下，对EM辐射的透明性似乎是一种规范。这可能在天体物理学场景中具有重要意义。例如，围绕在恒星和磁星周围的等离子体经常被强磁场穿透。
2021-04-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Scattering Cross Sections of Magnetized Particles within Intense Electromagnetic Waves: Application to Fast Radio Bursts
本文研究强电磁波中磁化粒子的共振散射，比较 O 模与 X 模波，发现 O 模散射截面显著更小，从而解释磁星星磁层内 FRB 的偏振相关透明度。
2024-04-24 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
Gravitational and electromagnetic emission by magnetized coalescing binary systems
讨论了在致密双星系统的并合过程中伴随引力波发射的电磁辐射的可能性。由于黑洞的配置与开放的磁场线沿旋转轴的存在，我们认为在系统中的磁偶极子，其演变导致（i）电磁辐射，和（ii）的引力辐射的贡献，两者的光度进行评估。从对磁星的观测出发，我们对磁星的电磁辐射和磁偶极子对引力波辐射的贡献都规定了上限。采用此模型的中子星双星的演变导致短伽马射线暴，我们比较了由电磁场的引力波发射的校正，发现它们是可比的特定值的磁场和双星系统的轨道半径。最后，我们计算了电磁波和引力波的能量输出，结果与某些值的磁场和半径。
2011-01-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Linearly-polarized Coherent Emission from Relativistic Magnetized Ion-electron Shocks
本研究通过超大规模相对论性磁化离子-电子激波模拟，发现高效激发的强线偏振相干辐射及偏振角摆动，可为FRBs亮度与重复暴偏振特征提供激波起源解释。
2023-11-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electromagnetic counterparts of binary neutron star mergers leading to a strongly magnetized long-lived remnant neutron star
我们探讨了在大质量中子星合并后残留的大质量中子星存在$\gtrsim 0.5\,$ s的情况下，与双中子星合并有关的电磁对应物。在这项研究中，我们采用了长期的广义相对论中微子辐射磁流体动力学模拟平均场发电机效应获得的外流轮廓。我们发现，如果残余中子星的磁场被发电机效应显著放大，则高光度的同步辐射余辉可以与合并事件相关联。我们还对Kilonovae进行了辐射传输计算，发现在磁场高度放大的情况下，Kilonovae在早期可以是明亮的，而在几天内光发射迅速下降，并且在近红外波长处的长持续（$\sim 10\,{\rm d}$）发射非常明亮。所有这些特征在GW 170817中都没有发现，这表明在GW 170817中形成的合并残余中子星可能在几百毫秒内坍缩成黑洞，或者磁场放大可能是一个微小的影响。
2022-08-30 astro-ph.HE gr-qc
Thermodynamics of magnetized binary compact objects
用具有带电和磁化理想流体的螺旋对称爱因斯坦-麦克斯韦时空模型来模拟具有电磁场的致密物体的二元系统。以前推导的螺旋对称完美流体时空的热力学定律被扩展到包括电磁场、电流和电荷;第一定律被写成渐近Noether电荷$\dl Q$的变化与黑洞面积和电荷的变化之间的关系，以及磁化流体的涡度、重子静止质量、熵、电荷和磁通量之间的关系。利用Bekenstein和Oron对理想磁流体和零传导电流的磁化流的环流守恒定律，证明了在平衡点附近满足$\dl Q=0$的关系式。我们还讨论了一个公式计算磁化的二元紧凑的物体在平衡的第一个积分的理想MHD欧拉方程的重点数值解。
2010-10-21 astro-ph.HE gr-qc
Full 3D nonlinear dynamics of charged and magnetized boson stars
本文对完全非线性的Einstein-Maxwell-Klein-Gordon系统进行三维数值模拟，发现带电与磁化玻色星在无自相互作用时存在不稳定性并坍缩成黑洞，引入自相互作用后则趋于稳定。
2024-11-11 astro-ph.HE gr-qc
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
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
General Relativistic Simulations of Magnetized Plasmas around Merging Supermassive Black Holes
合并中的超大质量黑洞双星是由星系合并产生的，是空间引力观测站可以获得的最强大的引力波源。一些这样的合并可能发生在物质和磁场存在的情况下，因此产生电磁对应物。在这封信中，我们提出了第一个广义相对论模拟合并超大质量黑洞周围的磁化等离子体使用广义相对论磁流体动力学代码威士忌。通过考虑不同的磁场强度，从非磁为主的磁为主的制度，我们探讨了磁场如何影响等离子体的动力学和可能的电磁信号的发射。特别是，我们观察到，在双星系统的吸积作用下，磁场的总放大率约为2个数量级，这导致了更强的电磁信号，比在无力状态下进行的类似计算大10^4倍以上，在无力状态下，这种放大是不可能的。
2012-05-15 astro-ph.HE gr-qc
A Toy Model for the Electromagnetic Output of Neutron-star Merger Prompt Collapse to a Black Hole: Magnetized Neutron-star Collisions
本文系统地研究了磁化中子星的迎头碰撞。我们研究了两颗中子星合并时产生的磁场几何。此外，我们还分析了这些碰撞产生的光度，并监测了从合并到随后产生黑洞的磁场演化。在黑洞形成的时候，随着电磁场的衰减，亮度达到峰值并逐渐衰减。比较了三种不同的情况下，一个在两个中子星的初始磁场是对齐的，一个在那里他们是反对齐的，也有一种情况下，他们最初有不相等的磁场强度。我们确定区域和设置限制，使对创建和磁重联将发生在这种情况下，并进一步讨论辐射能量的限制和差异。这项研究应该被看作是一个玩具模型的情况下，残余物，一个双中子星合并，经历了一个即时崩溃的黑洞与周围的磁盘可以忽略不计。我们注意到产生的电磁脉冲类似于快速射电暴现象。我们认为，高质量的合并，导致快速迅速崩溃的黑洞和预期的流量将被观察到的距离类似的二元中子星引力波检测GW 190425的影响。
2020-04-18 astro-ph.HE gr-qc
Bright transients from strongly-magnetized neutron star-black hole mergers
随着aLIGO的出现，人们期待着对黑洞-中子星对的直接探测。电磁对应物对于可靠的引力波探测和天文信息的提取可能至关重要。然而，黑洞-中子星对是出了名的黑暗，望远镜无法观测到。与这种预期相反，只要中子星是高度磁化的，在合并前的最后时刻就可能发生明亮的电磁瞬变。中子星磁体的轨道运动产生了法拉第通量和相应的功率，可用于光度。曲率辐射的光谱逐渐上升，直到能量的快速注入点燃火球，这将表现为一个高能黑体，在中子星的磁场强度分别从$10^{12}$ G到$10^{16}$ G和$10M_{\odot} $黑洞X射线到$γ$射线中达到峰值。根据中子星的磁场强度，火球事件可能持续几毫秒到几秒钟，并且可以用费米伽马射线暴监测器以中子星磁场强度$\gtrsim 10^{14}$ G每年几次的速率观测到。我们还讨论了一个可能的衰减合并后的事件，可能伴随着这个信号。作为这些暗对的电磁对应物，黑洞电池应该对aLIGO时代多信使天文学的发展具有重要价值。
2016-07-26 astro-ph.HE
Resonance crossing of a charged body in a magnetized Kerr background: an analogue of extreme mass ratio inspiral
研究了在均匀磁场中带电体绕Kerr黑洞运动的共振交叉。这个系统可以作为一个弱不可积的极端质量比螺旋（EMRI）的电磁模拟。特别地，磁场的存在使得系统的保守部分在刘维尔意义上不可积，而电磁自作用力使带电体螺旋上升。通过研究没有自作用力的系统，我们证明了一个近似的卡特常数的存在，并讨论了如何共振增长的扰动参数的函数。然后，我们应用电磁自作用力来研究这些共振在螺旋过程中的交叉。平均能量和角动量损失在交叉允许我们采用绝热近似。我们证明，这种绝热近似提供的结果定性等效的瞬时自作用力的演变，这表明绝热近似可以描述共振交叉足够准确的EMRI。
2023-03-13 astro-ph.HE gr-qc
Effective potential energy for relativistic particles in the field of inclined rotating magnetized sphere
研究了相对论带电粒子在磁轴与自转轴倾斜的旋转磁化天体电磁场中的动力学。在旋转参考系中求出了协变拉格朗日函数，在运动的第一积分的基础上定义了有效势能。研究了相对论带电粒子在不同偶极矩下的等势面结构。结果表明，对于一定能量的粒子，存在着俘获区。
2014-09-21 astro-ph.HE
Radiative Efficiency Enhancement by Electromagnetic Energy Dissipation in Strongly Magnetized Supercritical Accretion Flows around Kerr Black Holes
Komazawa University（驹泽大学）；University of Tsukuba（筑波大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；The University of Tokyo（东京大学）；RIST, Kobe（神户科学技术研究院）
本研究通过广义相对论辐射磁流体动力学模拟发现，克尔黑洞周围高自旋MAD超临界吸积流中，电磁能耗散可将辐射效率提升至0.60，有效俘获半径缩小至2.5r_g，磁通量是影响超临界吸积流辐射特性的关键因素。
2026-09-04 astro-ph.HE
Structure of a collisionless pair jet in a magnetized electron-proton plasma: Flow-aligned magnetic field
我们提出的结果，从一个粒子在细胞（PIC）模拟模型之间的相互作用的空间定位的电子-正电子云和电子-离子等离子体。后者是由一个磁场，最初是空间均匀的，并与对云的平均速度矢量对齐渗透。电子对云排出磁场，并将其堆积成一个电磁活塞。它的电磁场足够强，可以在垂直于云传播方向的方向上将对云与环境等离子体分离。活塞从注入的电子对云的脊向外传播，并将质子加速到一个高的非相对论速度。加速的质子形成一个外层茧，最终将通过快速磁声冲击与未受扰动的周围等离子体分离。在云的前部没有形成电磁活塞，激波在这里由平行不稳定性介导。最终的等离子体分布类似于流体动力学射流。在吸积黑洞的日冕等离子体中可能会形成无碰撞等离子体喷流，而活塞的强磁场与热对云之间的相互作用可能有助于这些物体的无线电发射。
2020-01-26 astro-ph.HE
Modeling magnetized neutron stars using resistive MHD
本文提出了一个通用代数欧姆定律的电阻MHD方程的实现，其中包括有限电阻率在完整的广义相对论的影响。该实现自然占磁场诱导的各向异性，并通过采用唯象电流，能够准确地描述电磁场在恒星和它的磁层。我们说明了这种方法在具有天体物理学意义的有趣系统中的应用;对齐的旋转子解和磁化旋转的中子星坍缩为黑洞。
2012-12-01 astro-ph.HE gr-qc
Plasma-wave generation in a dynamic spacetime
我们提出了一种新的电磁发射机制，磁化，无力等离子体，这是由底层的动态时空的演变。特别是，发射的快磁声波和阿尔文波的发射功率和角分布分别确定。以前的数值模拟发生在磁化等离子体中的二元黑洞合并记录了大量的电磁辐射，除了准直射流，包括一个无法解释的，各向同性的组成部分，成为主要的合并。这就提出了对双黑洞系统进行多信使引力波和电磁观测的可能性。这里提出的机制提供了一个候选人的分析表征的数值结果，并结合以前了解的机制，如Blandford-Znajek过程和动力学运动驱动的辐射，使我们能够构建一个分类的不同的电磁辐射组件中看到的inspiral阶段的紧凑的二元聚结。
2016-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Polarized images of charged particles in vortical motions around a magnetized Kerr black hole
本文研究磁化Kerr黑洞喷流中带电粒子的自发涡旋运动产生的偏振图像，发现存在临界磁场强度，且该辐射可作为光源形成光子环结构。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc
Magnetized black holes: interplay between charge and rotation
该研究在耦合Einstein-Maxwell方程精确解框架下，重新探讨磁化自转黑洞的电荷与自转效应，梳理了引力-电磁场相互作用、等离子体效应及超强磁场的引力影响等相关问题。
2023-06-13 astro-ph.HE gr-qc
Floating orbits and energy extraction from magnetized Kerr black holes
该研究通过数值与解析方法分析弱磁化Kerr黑洞周围带电粒子的电磁辐射，发现视界通量大于无穷远通量导致漂浮轨道，粒子可从黑洞提取能量并向外螺旋，凸显能层特性。
2024-12-16 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Astrophysics in Strong Electromagnetic Fields and Laboratory Astrophysics
近年来对黑洞或中子星双星并合产生的引力波的观测以及超强激光的迅速发展，将强场物理推向了21世纪新物理学的前沿。广义相对论对强引力现象的描述最为精确，而另一个被最精确检验的量子电动力学（QED）所描述的激光，通过啁啾脉冲放大，可以在短时间内聚焦到一个微小的区域，产生超出常规方法的极高强度电磁场。弯曲时空中的QED现象是一个非常有趣的物理现象，在弯曲时空中，强引力场和电磁场都起着重要的作用。在天空或宇宙中有许多强引力场和电磁场的来源，如高度磁化的中子星、磁化的黑洞和早期宇宙。本文综述了闵可夫斯基时空和弯曲时空中QED的量子场论框架，特别是带电黑洞和早期宇宙，讨论了强电磁场中的QED物理，如真空极化和Schwinger对产生及其对天体物理和宇宙学的意义。
2019-05-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Effect of a Weak Electromagnetic Field on Particle Acceleration by a Rotating Black Hole
研究了旋转黑洞周围电磁场中视界附近的高能带电粒子碰撞，揭示了获得任意大质心能量的微调条件.我们证明了当一个带电粒子从最内层稳定圆轨道（ISCO）坠落并在视界附近与另一个粒子碰撞时，当均匀磁化旋转的黑洞任意接近最大旋转时，CM能量可以任意大.最近，Frolov [Phys. Rev. D 85，024020（2012）]提出，如果磁场任意强，当粒子与在均匀磁化的史瓦西黑洞的视界附近以有限能量绕ISCO轨道运行的带电粒子碰撞时，CM能量可以任意高。我们表明，带电粒子轨道ISCO周围的旋转黑洞需要任意高的能量在强场限制。这表明弗罗洛夫的过程对黑洞的旋转是不稳定的。尽管如此，我们看到磁场可能会大大提高旋转黑洞在天体物理学情况下作为粒子加速器的能力。
2012-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
