Temporal Analysis of Dissipative Structures in Magnetohydrodynamic Turbulence
在湍流等离子体中，能量耗散是高度间歇性的，局限于相干结构，如电流片。空间耗散结构的统计分析是研究湍流的有效途径。在本文中，我们推广这种方法来研究四维时空结构，即，耗散过程代表相互作用的相干结构，这对应于耀斑在天体物理系统。我们开发的方法识别和表征这些过程，然后进行统计分析的耗散过程中驱动磁流体动力学湍流的数值模拟。我们发现，过程往往是高度复杂的，长寿命的，弱不对称的时间。他们表现出强大的幂律概率分布和标度关系，包括与幂律指数接近-1.75的耗散能量的分布，表明强烈的耗散事件占主导地位的整体能量耗散。我们比较我们的结果与以前观察到的统计特性的太阳耀斑。
2015-06-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Classification of magnetohydrodynamic transport at strong magnetic field
磁流体力学是一种研究等离子体中长寿命、无间隙激发的理论。有人认为，从流体的观点与更高形式的对称性，磁流体力学仍然是一个一致的，非耗散理论，即使在温度是可以忽略不计的极限相比，磁场。在这种限制下，导致阶修正理想磁流体力学出现在第二阶的相关领域的梯度扩展，而不是在一阶的标准流体力学理论的耗散流体和等离子体。本文通过构造适当的非线性有效作用量，对非耗散二阶输运进行了分类。我们发现，该理论有11个独立的电荷和宇称不变的输运系数，我们推导出一组久保公式。流体力学与更高形式的对称性和无力电动力学，最近已被证明是对应于理想的磁流体力学的零温度极限，以及简单的天体物理应用理论之间的关系也进行了讨论。
2019-11-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Relativistic Dissipative Magnetohydrodynamics from the Boltzmann equation for a two-component gas
本文从玻尔兹曼方程出发，利用矩方法推导了二组分带电粒子流体的相对论耗散磁流体力学方程，发现剪切应力张量分裂为三个非简并分量，且强磁场下出现振荡行为，超越Israel-Stewart理论。
2024-05-22 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Collisionless Magnetic Reconnection in Curved Spacetime and the Effect of Black Hole Rotation
采用保留了电子-离子和对等离子体无碰撞效应的广义相对论磁流体力学模型，研究了弯曲时空中的磁重联。通过对标准Sweet-Parker模型的简单推广，我们可以得到旋转黑洞引力场的一阶效应。结果表明，黑洞的旋转增加了方位角重联层的长度，导致重联率的降低。然而，当耦合到无碰撞的热惯性效应时，由于重连层的加宽，相对于在纯碰撞等离子体中会发生的情况，净重连率得到增强。这些发现确定了致密天体附近重力和无碰撞磁重联之间的潜在相互作用。
2018-01-18 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Relativistic magnetohydrodynamics from kinetic theory
Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学）
基于相对论Boltzmann-Vlasov方程和14矩近似，推导了强电磁场下相对论耗散磁流体动力学的因果二阶方程，揭示了磁场诱导的各向异性输运和耗散振荡。
2026-07-01 astro-ph.HE hep-th nucl-th
Nonlinearly Causal General-Relativistic Two-Fluid Dissipative Magnetohydrodynamics
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出广义相对论19矩耗散磁流体动力学表述，推导非线性因果条件，开发高性能激波捕获格式，并验证于黑洞吸积等场景，捕获重联率等关键特征。
2026-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Relativistic Dissipative Magnetohydrodynamics from the Boltzmann equation for 2-particle species gas
Universidade Federal Fluminense (UFF)（弗卢米嫩塞联邦大学）
本文通过玻尔兹曼方程推导出相对论耗散磁流体动力学方程，揭示了磁场下流体动力学的非平凡行为及剪切应力张量的复杂演化。
2026-02-24 astro-ph.HE hep-th
The Collisionless Magnetoviscous-Thermal Instability
很可能几乎所有的中央星系大质量和超大质量黑洞都是无辐射的：它们的吸积光度比周围环境中有效的黑洞吸积所能解释的光度低几个数量级。这些天体，其中人马座A* 是最著名的例子，也是稀释的（轻度碰撞到高度无碰撞）和光学薄。为了使吸积发生，磁流体动力学不稳定性必须发展，不仅传输角动量，而且通过物质下落产生的引力能，向外。发现一类新的磁流体动力学流体不稳定性-磁粘-热不稳定性（MVTI）（Islam 12）-通过大的（流体）粘度和热导率沿磁场线传输角动量和能量。本文描述了MVTI的无碰撞和轻度碰撞类似物，即碰撞磁热不稳定性（CMTI），它类似地向外传输能量和角动量，预计在描述热、稀释和辐射低效的吸积流的流动特性方面很重要。黑洞。本文导出了适用于吸积物理的无碰撞漂移动力学方程的一种形式。我们构造了一个局部平衡点，用于差分旋转圆盘的MHD稳定性分析。然后，我们发现和表征特定的不稳定性，预计是重要的热，稀释，辐射效率低的吸积流周围的黑洞的流动特性描述，并显示其定性相似的不稳定性使用流体形式主义（伊斯兰12）。我们的结论与进一步的工作需要在建模这类吸积流。
2014-04-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field strength for parallel collisionless shocks in pair plasmas
无碰撞激波遵循朗肯-雨果纽跳跃条件，达到很好的近似。然而，对于平行于磁场传播的激波，磁流体力学指出激波的性质与磁场强度无关，而最近的Particle-in-Cell模拟揭示了这种激波在无碰撞状态下的磁流体力学行为的显著偏离。发现这种偏离是由下游压力中的场驱动各向异性引起的，但这种各向异性对场强的函数依赖性尚未确定。在这里，我们提出了一个非相对论模型的等离子体演化通过冲击波阵面，允许推导的下游各向异性的场强。我们的方案假设双绝热演化的一对等离子体通过冲击波阵面。因此，垂直温度是守恒的。如果产生的下游是稳定的，那么等离子体保持在这种状态。如果不稳定，它会向消防水管稳定性阈值迁移。在这两种情况下，守恒方程，连同有关的假设上的温度，允许一个完整的确定的下游各向异性的场强。
2018-10-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
A stable and causal model of magnetohydrodynamics
在宇称不变性和离散电荷对称性的假设下，建立了一阶耗散磁流体力学理论。我们研究了阿尔文和磁声波的模式谱以及带隙激发的谱，并推导出对输运系数的限制，使得具有恒定磁场的通用平衡态在线性扰动下是稳定的和因果的。我们解决了这些限制的一个特定的状态方程，并表明存在一个大家庭的流体动力学框架，使线性波动稳定和因果关系。这个理论不需要引入新的动力学自由度，因此是一个有前途的和更简单的替代穆勒-以色列-斯图尔特型理论。结合对输运、熵产生和久保公式的详细分析，本文提出的理论非常适合于研究从重离子碰撞到天体物理的各种背景下的耗散效应。
2022-10-03 astro-ph.HE gr-qc hep-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
Modified jump conditions for parallel collisionless shocks
在磁流体动力学（MHD）的背景下，平行激波的特性不依赖于场强，因为对于这样的几何形状，场和流体是断开的。然而，在无碰撞的情况下，该领域可以维持稳定的各向异性在下游，触发偏离预期的MHD行为。在最近的工作[A。Bret和R. Narayan，J. Plasma Phys. \textbf{84}，905840604（2018）]，提出了一个理论模型，允许导出电子/正电子等离子体中非相对论性平行无碰撞激波的密度比，作为场的函数。在这里，我们得到的熵，压力和温度的跳跃源于这个模型。它被发现提供了一个3D和1D之间的过渡下游的跳跃密度，熵，平行的温度和平行的压力。
2021-07-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless accretion onto black holes: dynamics and flares
利用轴对称广义相对论粒子模拟方法，从第一性原理出发研究了无碰撞等离子体在旋转黑洞上的吸积。我们进行了并排的比较，这些结果类似的广义相对论磁流体动力学模拟。虽然有许多相似之处，在整体流动动力学，动力学和流体模拟之间的三个关键区别。在我们的动力学方法中，磁重联是更有效的，并迅速加速非热粒子群。此外，在动力学模拟等离子体开发显着偏离热平衡，包括压力各向异性，激发动力学尺度的不稳定性，和一个大的字段对齐的热通量接近自由流值的地平线附近。我们讨论了我们的结果的影响建模事件视界尺度观测的Sgr A* 和M87的重力和事件视界望远镜。
2022-12-05 astro-ph.HE
Density jump as a function of magnetic field strength for parallel collisionless shocks with anisotropic upstream pressure
无碰撞激波的性质经常在磁流体动力学（MHD）模型中进行评估。然而，在无碰撞等离子体中，环境磁场可以在上游或下游维持稳定的各向异性，导致偏离MHD预测的行为。我们提出了一个模型，允许推导出下游各向异性，因此冲击密度跳跃，在上游量。为简单起见，考虑了成对等离子体中平行激波的情况。与上游假定各向同性的以前的工作相反，这里的上游各向异性$A=T_\perp/T_\parallel$是一个自由参数。强声激波区在形式上与各向同性上游情况相同。然而，对于中等音速马赫数，由于上游的各向异性，出现了各种行为。
2023-02-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
First-principles measurement of ion and electron energization in collisionless accretion flow
该研究首次采用真实质子-电子质量比开展最大规模3D PIC剪切盒模拟，探究无碰撞吸积流中磁旋转不稳定性湍流的离子-电子能量分配，给出加热比经验公式以提升吸积流全局建模精度。
2025-03-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field for collisionless shocks in pair plasmas: the perpendicular case
在没有频繁的二元碰撞等离子体各向同性，磁流体动力学（MHD）的朗肯-Hugoniot跳跃条件的实现无碰撞冲击是不平凡的。特别是，外部磁场的存在可以允许稳定的各向异性，这意味着一些偏离各向同性MHD跳跃。这种各向异性在磁场方面的函数依赖性尚待确定。通过假设等离子体通过冲击波阵面的动力学历史，我们最近设计了一种下游各向异性的理论，因此在平行冲击的场强方面存在密度跳跃[J. Plasma Phys.（2018），vol. 84，905840604]。这里，我们将分析扩展到垂直激波的情况。我们仍然发现，该领域减少了密度跳跃，但效果是不太明显，比在平行的情况下。
2019-05-20 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Density jump as a function of the field for parallel relativistic collisionless shocks
本文将强平行磁场下非相对论无碰撞激波模型扩展至相对论 regime，发现密度跃变显著偏离MHD预测并与PIC模拟吻合。
2025-06-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Collisionless Beam-Radiation Processes in the Laboratory and Astrophysics
等离子体不稳定性可以在物理学的许多分支中遇到。这项工作的重点是相对论性等离子体与应用在理论天体物理学和粒子加速器物理。即使这些领域似乎是不相关的基础等离子体物理过程往往是非常相似的。分析了两种等离子体不稳定性--束-束不稳定性和相干同步辐射不稳定性。前者严重限制了储存环中可达到的亮度，并且与双流不稳定性有关，双流不稳定性被认为是射电望远镜辐射机制的候选者。主要的重点是相干同步辐射，这可能会导致禁止束压缩机的能量损失。相干同步辐射也构成了射电星强烈发射的无线电波。简单的模型的基础上的线性化弗拉索夫方程和相对论磁流体力学，允许计算的发射辐射的详细光谱的开发。
2009-04-13 astro-ph.HE
Turbulence Mode Decomposition and Anisotropy in Magnetically Dominated Collisionless Plasmas
University of Florida（佛罗里达大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
研究相对论性湍流在磁主导非碰撞等离子体中的湍流模和各向异性，扩展Cho和Lazarian(2002)方法分解非相对论磁流体动力学湍流为阿尔芬、快和慢模，发现阿尔芬和慢模符合Goldreich和Sridhar(1995)标度，快模则各向同性。
2026-04-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamics as superfluidity
我们表明，相对论磁流体力学（MHD）可以改写为一个新的理论超流。这个新的理论制定MHD只是在守恒方程，包括耗散效应，通过引入适当的变量，如磁标势，并提供必要和充分条件，以获得平衡的配置。我们表明，这个标量势可以解释为一个戈德斯通模式起源于自发破缺的一种形式的对称性，并提出了最通用的本构关系在一个导数阶的宇称保持等离子体在这个新的超流体配方。
2019-03-22 astro-ph.HE cond-mat.str-el gr-qc
Magnetohydrodynamic Fluid Stability in the Presence of Streaming Cosmic Rays
我们研究了一个强大的平行无碰撞激波上游的宇宙射线流的影响。在我们的分析中，我们明确地包括了宇宙射线的惯性，这在以前的工作中被忽略了。对于与超新星爆炸波中宇宙射线加速有关的参数，我们没有发现MHD流体不稳定性会导致磁场的放大超过冲击波中压缩所产生的磁场。我们展示了如何恢复，从我们自己的分析，宇宙射线驱动的MHD流体不稳定性发现以前的作者。我们的结论是，包括惯性和动力学的宇宙射线保持系统稳定。此外，宇宙线流导致磁场演化方程中增加了一个类霍尔项。本文对超新星遗迹中银河系宇宙射线加速的意义作了简要的讨论。
2012-06-19 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
Energy Dissipation in Magnetohydrodynamic Turbulence: Coherent Structures or "Nanoflares"?
通过识别耗散结构和测量其特征尺度，研究了磁流体动力学（MHD）湍流中能量耗散的不稳定性。我们发现能量耗散率的概率分布呈现指数非常接近临界值-2.0的幂律尾部，这表明所有强度的结构对能量耗散的贡献是相等的。我们发现，能量耗散均匀分布在长度和宽度在惯性范围内的相干结构。与此同时，这些结构的厚度在耗散区很深。随着雷诺数的增加，结构变得更薄和更多，而能量耗散继续主要发生在大尺度相干结构中。这意味着，在高雷诺数的限制，能量耗散发生在薄的，紧密包装的电流片，但跨越连续的规模高达系统的大小，表现出的相干结构和nanoflares的功能，以前作为一个日冕加热机制。
2014-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Density jump for oblique collisionless shocks in pair plasmas: allowed solutions
等离子体中的冲击波通常用磁流体力学（MHD）来处理。然而，MHD需要一个短的平均自由程的假设，这是不符合无碰撞等离子体。最近，对等离子体，我们设计了一个模型，允许占内的MHD形式主义的动力学效应。它依赖于对穿越前缘时产生的各向异性的估计，以及对下游各向异性稳定性的后续评估。我们解决了我们的模型的平行，垂直和开关的冲击。在这里，我们之间的桥梁，所有这些情况下处理的问题，任意的，但共面，定向磁场。即使提出的形式主义是有效的各向异性的上游温度，只有一个冷上游的情况下解决。我们发现额外的解决方案，这是不是MHD目录的一部分，和密度跳变，是显着少的准平行，高磁化，制度。由于计算的复杂性，这项工作主要致力于介绍我们的模型的数学方面。即将发表的一篇文章将专门讨论这里定义的冲击的物理学。
2022-11-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scalings of intermittent structures in magnetohydrodynamic turbulence
湍流在等离子体中无处不在，导致了以不规则性、不可逆性、跨许多尺度的能量波动和跨许多尺度的能量传递为特征的丰富的动力学。湍流的另一个基本和普遍的特征是能量在空间和时间上的不均匀耗散，尽管有时被忽视。这是由湍流级联中的波动引起的尺度相关的动力学不均匀性的结果。间歇性导致湍流等离子体自组织成相干耗散结构，这可能会控制加热，扩散，粒子加速和辐射发射。本文介绍了在强引导场作用下不可压磁流体动力学湍流中磁不稳定性研究的最新进展。我们专注于间歇性耗散结构的统计分析，它占据了体积的一小部分，但可以说占了大部分的能量耗散。我们表明，在我们的数值模拟中，在电流密度，涡度和Elsässer涡度的间歇结构都具有几乎相同的统计特性。我们提出了基于Elsässer涡度结构的一般考虑的标度的唯象解释。最后，我们研究了天体物理系统的更广泛的影响。
2016-02-17 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field for switch-on collisionless shocks in pair plasmas
无碰撞冲击的性质，如密度跳跃，通常来自磁流体力学（MHD），其中假设各向同性的压力。然而，在无碰撞等离子体中，外部磁场可以维持稳定的各向异性。在\cite{BretJPP2018}中，我们设计了一个模型的动力学历史的等离子体通过冲击波前，允许自洽计算的下游各向异性，因此密度跳跃，在上游参数。该模型处理平行激波的情况，其中磁场垂直于上游和下游的前缘。然而，磁流体力学也允许冲击解决方案，所谓的开关解决方案，其中场只在上游垂直于前方。本文包括在应用我们的模型，这些开关的冲击。虽然MHD在有限的Alfvén马赫数范围内只提供了一种接通解决方案，但我们的模型在稍有不同的Alfvén马赫数范围内提供了两种解决方案。这两个解决方案是最有可能的结果，在我们的模型下的中间和快速MHD冲击。而在平行的情况下，中间和快速冲击合并在MHD中，他们没有在我们的模型。为了简单起见，形式主义仅限于对等离子体的上游是冷的非相对论冲击。
2022-06-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast magnetic field amplification in the early Universe: growth of collisionless plasma instabilities in turbulent media
在这项工作中，我们报告的宇宙磁场放大由于碰撞等离子体不稳定性的数值研究。无碰撞磁流体动力学方程推导帐户的压力各向异性，导致在特定条件下，消防水龙带和镜像不稳定性。我们研究了在这种不稳定性的影响下，湍流中种子场的时间演化。给出了磁场随时间演化的近似解析解。数值模拟和分析预测进行了比较。我们发现：（1）磁场的放大作用在水龙带不稳定湍流区是有效的，而在镜像不稳定模型中则不是有效的;（2）磁能密度的增长速率比湍流发电机快得多;（3）有效的放大作用发生在小尺度上。通过数值模拟证实了生长时间尺度与压力各向异性比之间的相关性的解析预测。这些结果加强了这样一种观点，即压力各向异性-在湍流无碰撞介质中自然驱动，例如星系际介质-可以有效地放大早期宇宙（后重组时代）的磁场，在第一个大尺度引力结构崩溃之前。这种机制虽然对于小尺度场（$\sim$ kpc尺度）是快速的，但是不能在大尺度下提供相对强的磁场。此处未考虑的其他机制（例如，一旦不稳定性被淬灭，碰撞湍流，速度剪切，或引力诱导的气体流入星系和星系团）可以在之后的长期演化中建立大尺度相干场结构。
2015-06-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Collisionless Accretion of Finite-Angular-Momentum Plasma onto a Spinning Black Hole
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）
研究通过动能模拟展示了有限角动量等离子体对旋转黑洞的吸积过程，发现其行为与理想MHD的磁性冻结盘相似，并揭示了喷流形成可能需要配对放电。
2026-10-09 astro-ph.HE
Nonthermal particle acceleration from maximum entropy in collisionless plasmas
耗散过程导致许多系统中的无碰撞等离子体发展出具有宽幂律尾的非热粒子分布。在空间/天体物理观测和具有各种加速和捕获（或逃逸）机制的系统的动力学模拟中，幂律能量分布的普遍性构成了一个很深的谜团。我们认为，这种分布可以从最大熵原理建模的可能性，当占超出玻尔兹曼-吉布斯熵的概括。使用熵的维数表示（与Renyi和Tsallis熵有关），我们推导出具有幂律尾部的广义最大熵分布，该尾部由发生不可逆耗散的特征能量尺度决定。通过假设粒子通常由相当于平衡前的自由能（每个粒子）的量激励，我们推导出一个公式的幂律指数作为等离子体参数的函数磁耗散系统具有足够复杂的拓扑结构。该模型再现了相对论湍流和磁重联动力学模拟的几个结果。
2022-06-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Density jump for oblique collisionless shocks in pair plasmas: physical solutions
针对成对等离子体斜向无碰撞激波模型的多下游解问题，本文利用磁场倾斜角接近准则和演化性准则筛选物理解，并经PIC模拟验证，实现唯一或无解的下游配置。
2024-03-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Beyond ideal magnetohydrodynamics: Resistive, reactive and relativistic plasmas
我们发展了一个新的框架，在广义相对论带电流体动力学建模。该模型建立在最近开发的耗散流体变分多流体模型的基础上，考虑了相关效应，如电荷电流和热量的惯性，以及成熟系统的超流组件的解耦。我们讨论了该模型与标准相对论磁流体力学模型的比较，并考虑了流体动力学、微观物理学和基本状态方程之间的联系。作为插图的形式主义，我们考虑三个不同的双流体模型描述i）的欧姆定律的电阻带电流，ii）相对论热方程，和iii）一个方程表示的动量的一个解耦的超流组件。作为一个更复杂的例子，我们还制定了一个三流体模型，演示了热电效应。这个框架使我们能够在越来越复杂的层次上对中子星（和相关系统）进行建模，并使我们能够在天体物理学和宇宙学的一系列令人兴奋的问题上取得进展。
2016-10-03 astro-ph.HE gr-qc
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
Scale Statistics of Current Sheets in Relativistic Collisionless Plasma Turbulence
本文利用无监督机器学习分析相对论等离子体湍流全动能二维模拟中的电流片尺度分布，发现长度和曲率呈幂律分布表明结构自相似性，宽度在动力学尺度达峰并指数衰减，结果可为高能天体物理的磁流体亚网格模型提供参考。
2024-08-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On hydromagnetic wave interactions in collisionless, high-$β$ plasmas
该研究结合解析理论与CGL-MHD数值模拟，揭示高β无碰撞等离子体中Alfvén波与声波、其他Alfvén波的相互作用规律，修正了相关天体物理湍流理论的适用前提。
2023-12-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
An Extended Magnetohydrodynamics Model for Relativistic Weakly Collisional Plasmas
在爱丁顿极限以下吸积的黑洞被认为是通过一个几何上厚的、光学上薄的、旋转支撑的等离子体吸积的，我们将其称为辐射低效吸积流（RIAF）。RIAF通常是无碰撞的，因为库仑平均自由程比$GM/c^2$大，并且在事件视界附近相对热。在本文中，我们开发了一个唯象模型RIAF等离子体，激励源，如Sgr A* 和M87的应用程序。该模型是使用Israel-Stewart理论，它认为偏差高达二阶热平衡，但修改为磁化等离子体。这导致沿着磁场线的热传导和平行于和垂直于场线的压力差（其等效于各向异性粘度）。在非相对论性的限制，我们的模型减少到广泛使用的Braginskii理论的磁化，弱碰撞等离子体。我们比较我们的模型与现有的文献中耗散相对论流体，描述的线性理论的等离子体，并阐明模型中的自由参数的物理意义。我们还描述了该模型的限制时，传导是饱和的，当粘度意味着一个大的压力各向异性。在未来的工作中，本文中开发的形式主义将被用于数值模型的RIAF的非理想过程的动力学和辐射特性的缓慢吸积黑洞的重要性进行评估。
2015-08-04 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Microphysically modified magnetosonic modes in collisionless, high-$β$ plasmas
本文通过混合动力学模拟和解析理论，研究了高$β$无碰撞等离子体中NP模式和快磁声波的非线性行为，发现它们会激发镜像和火管等微观不稳定性，进而通过粒子散射影响波衰减和激波形成，为低碰撞等离子体湍流理论奠定基础。
2023-04-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulent dynamo in a collisionless plasma
磁场遍布整个宇宙，影响着从宇宙到行星尺度的天体物理系统的形成和演化。银河系外磁场的产生和动力学放大贯穿宇宙时间，达到附近星系团报告的$μ$高斯水平，接近等离子体运动的动能均分，尺度至少为数十千秒差距，这是一个主要的难题，基本上不受观测的约束。在这种情况下，经常会引用发电机效应将动能转化为磁能，然而河外等离子体是弱碰撞的（与磁流体力学流体相反），并且在这种等离子体中是否可能通过有效的湍流发电机不稳定性来实现磁场增长和维持还没有确定。在六维相空间中的弗拉索夫方程的完全动力学数值模拟回答这个问题所必需的，直到最近仍然超出计算能力。在这里，我们通过这样的模拟表明，磁场放大通过发电机不稳定性发生在随机驱动的，非相对论性的亚音速流最初未磁化的无碰撞等离子体。我们还发现，发电机自加速，并成为纠缠与动力学不稳定性的磁化强度增加。结果表明，这样的等离子体发电机可能在实验室实验中实现，支持的想法，即集群内介质（ICM）湍流可能显着有助于放大集群磁场近均分水平的时间尺度短于哈勃时间，并强调多尺度动力学物理在高能天体物理等离子体的关键作用。
2016-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Finite-volume scheme for first-order viscoresistive relativistic magnetohydrodynamics
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所、尼尔斯·玻尔国际学院）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内库克研究所）
基于BDNK理论提出一阶相对论磁流体动力学数值方案，通过有限体积格式耦合能量、动量和磁场耗散，并引入额外修正确保超相对论极限下的稳定因果性。
2026-06-23 astro-ph.HE hep-th
Multi-point Assessment of the Kinematics of Shocks (MAKOS): A Heliophysics Mission Concept Study
针对无碰撞激波能量转换的未解问题，提出MAKOS多点观测任务概念，以测量激波上下游及过渡层的等离子体、高能粒子和场波动，揭示不同激波方向和驱动条件下的能量分配机制。
2023-06-08 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
A Generalized Quasi-Neutral Fluid-Particle Hybrid Plasma Model and Its Application to Energetic-Particle-Magnetohydrodynamics Hybrid Simulation
在准中性假设下，提出了一个适用于无碰撞等离子体的广义流体-粒子混合模型。该系统由流体离子和电子以及任意数量的物种组成，其动力学由弗拉索夫方程控制。因此，所提出的模型是一个通用的版本，著名的标准混合等离子体模拟模型，其中的离子是完全动力学的，而电子被假定为流体。由于所提出的模型采用广义欧姆定律的精确形式，质量和能量密度，以及动力学物种的荷质比，采取任意的。在不存在动力学物质的情况下，它简化为准中性双流体模型（Amano，2015，JCP）。在相反的情况下，动力学粒子的质量和能量密度远大于流体离子，它只不过是标准的混合模型与有限的电子惯性效应。如果动力学粒子是质量密度可以忽略不计但能量密度很大的高能粒子（EP），并且尺度尺寸远大于离子和电子的惯性长度，则它描述了磁流体动力学（MHD）和EP动力学之间的自洽耦合。因此，能量粒子磁流体动力学（EP-MHD）混合模型是本文所述的更一般的模型的一个特例。这种方法比现有的模型的优点进行了讨论。一个三维模拟代码求解所提出的方程组进行说明。该代码结合了粒子在细胞计划解决的动力学物种和黎曼求解器为基础的代码的双流体方程。几个基准模拟结果证实，代码成功地捕捉到的EP人口相互作用的MHD流体自洽的动态。
2018-04-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Ohm's Law, the Reconnection Rate, and Energy Conversion in Collisionless Magnetic Reconnection
本综述聚焦无碰撞等离子体，基于第一性原理动力学模拟与星载观测，探讨了广义欧姆定律中非理想电场打破冻结通量条件引发磁重联的机制，重联率的确定方法，以及扩散区能量转换的诊断与建模。
2024-06-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Scalable Discovery of Fundamental Physical Laws: Learning Magnetohydrodynamics from 3D Turbulence Data
提出可扩展的稀疏回归框架，从含黏性与欧姆耗散的高分辨率3D湍流MHD模拟数据中恢复完整控制方程，候选库规模提升逾10倍。
2025-01-07 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.flu-dyn
