The observability of plasmoid-powered $γ$-ray flares with the Fermi Large Area Telescope
在耀变体中产生快速$γ$射线变化的确切机制仍然存在争议。磁重联，其中充满相对论粒子和磁场的等离子体团形成，是一个可行的候选人来解释这些对象的宽带电磁波谱和可变性。使用国家的最先进的磁重联模拟，我们产生现实的$γ$射线光变曲线，将与费米大面积望远镜观察。与观测到的平谱射电类星体（FSRQs）的$γ$射线耀斑的比较表明，磁重联事件导致可比的通量水平和变化模式，特别是当重联层与视线略有偏差时。从快速等离子体团的发射移动接近视线可以解释快速变化的时间尺度上的分钟，证据已被发现在FSRQ的观测。我们的研究结果激励改进现有的辐射转移模拟，以及专门搜索快速变化的证据磁重联事件。
2021-05-05 astro-ph.HE
Reconnection-Powered Linear Accelerator and Gamma-Ray Flares in the Crab Nebula
最近在蟹状星云中发现了长达一天的伽马射线耀斑，推测是PeV（10^{15} eV）电子在毫高斯磁场中的同步辐射，这对粒子加速模型提出了强烈的挑战。在电场小于磁场的标准条件下，通过平衡加速率和同步辐射损失，观察到的光子能量超过了上限（~100 MeV）。我们认为，线性电加速器，操作在磁重联网站，是能够绕过这个困难。能量足够大的电子具有如此大的回旋半径，以至于它们的运动对重联层中的小尺度湍流结构不敏感，并且仅由大尺度场控制。我们表明，这样的粒子被引导到重联层的反向磁场，因为它们被加速的重联电场。当这些电子被限制在电流片内时，它们经历减小的垂直磁场，该垂直磁场可能下降到加速电场以下。这使它们能够在遭受辐射损失之前达到更高的能量，从而发射出超过100 MeV极限的同步辐射，为蟹状星云伽马射线耀斑悖论提供了一个自然的解决方案。
2011-05-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Feasibility of Magnetic Reconnection Powered Blazar Flares from Synchrotron Self-Compton Emission
在活动星系核的耀变体子类中，在分钟时间尺度上观察到了数量级的变化。这些高能耀斑往往是难以解释的冲击加速模型，由于小尺寸的推断发射区，与最近的粒子在细胞（PIC）模拟显示，磁重联是一个有前途的替代机制。在这里，我们提出了一个宏观的发射模型的物理动机的PIC模拟，粒子加速的能量来自于重联磁场。我们跟踪的径向增长和相对速度的重新连接等离子体团，建模粒子加速和辐射损失同步加速器和同步自康普顿（SSC）的排放。为了测试磁重联作为快速blazar耀斑背后机制的可行性，我们同时将我们的模型拟合到从BL Lacertae的2016 TeV耀斑观察到的光变曲线和SED。我们发现，一般情况下，不考虑外部光子，重新连接等离子体团是无法产生康普顿占主导地位的TeV耀斑，因此不能重现的意见，由于生产过剩的同步辐射。此外，有问题的大等离子体团，相当于整个喷流半径的大小，需要发射足够的SSC伽马射线被观察到。然而，我们的等离子体团模型可以重现快速TeV的耀斑光曲线，表明重连能够产生快速，强大的TeV耀斑在观察到的时间尺度。我们的结论是，虽然重联可以产生正确的时间尺度上的SSC耀斑，TeV排放的主要来源不能SSC和所需的等离子体团的大小可能是令人难以置信的大。
2019-06-11 astro-ph.HE
Radiative reconnection-powered TeV flares from the black hole magnetosphere in M87
一般来说，活跃的星系核，特别是M87中的超大质量黑洞，都显示出明亮而快速的伽马射线耀斑，其能量高达100 GeV或更高。对于M87，耀斑显示出多波长的成分，和可变的时间尺度是可比的事件视界的动力学时间，这表明发射可能来自一个紧凑的区域附近的核。然而，这些耀斑的发射机制还没有得到很好的理解。最近的高分辨率广义相对论磁流体动力学模拟表明，发生的情节磁重联事件，可以权力耀斑附近的黑洞事件视界。本文从第一性原理出发，分析了M87中黑洞在极端等离子体条件下重联电流层的辐射性质。我们表明，丰富的对生产预计在附近的重联层，在某种程度上，所产生的次级对等离子体主导的重联动力学。使用二维粒子模拟支持的分析估计，我们证明，在强同步辐射冷却的存在下，重连可以产生一个硬幂律分布的对等离子体印在即将离任的同步辐射（高达几十兆电子伏）和逆康普顿信号（高达TeV）。我们从我们的模拟中产生合成辐射光谱，这可以直接与未来的M87* 耀斑的多波长观测结果进行比较。
2023-03-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Role of Faraday Rotation in the Polarization of the X-rays from Magnetically Powered Black Hole Coronas
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本文研究了磁重联在黑洞X射线双星硬态下强烈偏振X射线发射中的作用，通过三种磁能耗散机制估计冠状磁场，并指出弗拉马里旋转对活动星系核冠状体X射线偏振作用有限。
2026-02-12 astro-ph.HE
Twisted-pair unilateral reconnection: A unifying driver for magnetically powered astrophysical bursts
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Institut für Physik & Astronomie, Universität Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；Wuhan University of science and technology（武汉科技大学）；Nanjing University of Posts（南京邮电大学）；Yunnan Key Laboratory of Solar Physics and Space Science（云南省太阳物理与空间科学重点实验室）
首次直接观测到太阳耀斑中扭结磁环的完整重联，发现极端扭转（约540度）实现高效多X线重联，并揭示硬X射线发射和准周期振荡与磁场强度的幂律关系，提出扭结对单侧重联作为磁驱动爆发的统一机制。
2026-06-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
Study of magnetic reconnection at low-$β$ using laser-powered capacitor coils
本文介绍了激光驱动电容器线圈平台micro-MRX，在低β条件下研究磁重联，直接测量到面外电场加速电子并观测到离子声波与电子声波爆发，为实验室磁重联研究提供了新途径。
2024-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Electromagnetic precursors to black hole - neutron star gravitational wave events: Flares and reconnection-powered fast-radio transients from the late inspiral
本研究利用广义相对论无力电动力学模拟发现，黑洞-中子星双星晚期旋近阶段的磁层相互作用会产生依赖磁场方向的电磁耀斑，可能引发类似快速射电暴的暂现源和X射线辐射，为引力波事件提供可探测的电磁前兆。
2023-09-28 astro-ph.HE
Radiative Properties of Reconnection-Powered Minijets in Blazars
我们建立了一个微型喷流的发射数值模型，提出了解释耀变体超快变化的坡印廷通量主导的喷流内部的磁重联驱动的局部流动。该模型的几何结构由两个楔形区域的相对论流动的气体，分离的一个固定的冲击。动力学是基于Lyubarsky（2005）的相对论性磁重联与引导场的解决方案。选择每个区域中的电子分布以匹配局部等离子体的压力和密度。从这两个地区的同步辐射被用来计算康普顿散射，康普顿阻力和光子光子不透明度的影响，精确治疗的各向异性和克莱因-西科政权。考虑了辐射对等离子体的影响，包括压力对电子辐射损失的依赖性和康普顿阻力下减速流动的绝热加热。结果应用于2006年7月在BL Lac对象PKS 2155-304的耀斑，与匹配的TeV通量测量H.E.S.S.模型满足可变性约束，同时保持X射线辐射低于同时钱德拉观测。我们发现，孤立的微型射流与一个显着的引导字段的模型过度产生X射线发射，我们必须考虑到相反方向的微型射流的辐射相互作用，以实现足够高的优势康普顿TeV辐射。我们认为，这种相互作用很可能发生在喷流中，有大量的内部重连，产生大量的错位的微型喷流。最后，我们表明，大喷流磁化确实需要满足所有的观测约束，有效的洛伦兹因子的微喷流等离子体必须大于50，与早期的一个区域的估计。
2010-07-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Modeling of lightcurves from reconnection-powered very high energy flares from M87*
本研究通过光线追踪和成束效应建模 M87* 磁重联驱动的 VHE 耀斑光变曲线，发现通量主要来自内 5 个引力半径，成束对解释观测至关重要。
2025-04-25 astro-ph.HE
Reconnection-driven Flares in M87*: Proton-Synchrotron-powered GeV Emission
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Toronto（多伦多大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理珀塞尔研究所）
本研究通过模拟显示，M87*核心的GeV辐射由重联层中加速的质子同步辐射主导，质子虽数量少于电子-正子对，但能更高效加速，形成稳定的能量预算。
2025-12-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
High-energy synchrotron flares powered by strongly radiative relativistic magnetic reconnection: 2D and 3D PIC simulations
本文通过2D/3D辐射PIC模拟OSIRIS研究相对论性磁重联中的高能同步耀发，揭示磁岛压缩、辐射冷却及QED效应的作用。
2023-03-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic Prandtl number dependence of plasmoid-mediated reconnection
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University（奥斯卡·克莱因中心，天文学系，斯德哥尔摩大学）；McWilliams Center for Cosmology & Department of Physics, Carnegie Mellon University（麦克威廉斯宇宙学中心与物理系，卡内基梅隆大学）；School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University（自然科学与医学院，伊利亚州立大学）
本文通过二维磁流体动力学模拟研究了等离子体团介导的磁重联速率对磁普朗特数的依赖性，发现当朗金数低于等离子体不稳定性起始点时，重联速率遵循预期的Sweet-Parker尺度并随磁普朗特数增加而降低，但一旦电流片变得等离子体不稳定，磁普朗特数的影响显著减弱，在完全等离子体团介导的 regime 中，重联速率在所探索的参数范围内几乎不依赖于磁普朗特数。
2026-08-18 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Large-Amplitude Blazar Polarization Angle Swing as a Signature of Magnetic Reconnection
相对论性磁重联事件广泛存在于天体物理系统中的磁化等离子体中。在这个过程中，方向相反的磁场线重新连接并释放磁能，有效地加速非热粒子。然而，到目前为止，在天体物理系统中，相对论性磁重联事件的观测特征还不清楚。耀变体是从超大质量黑洞流出的相对论性磁化等离子体。它们的多波长耀斑可能由相对论性磁重联提供动力。高度可变的辐射和偏振特征被多波长观测活动很好地覆盖，使它们成为检查磁重联模型的理想目标。最近的观测发现，一些耀变体耀斑伴随着光学偏振角摆动，其幅度可能与$> 180^{\circ}$一样大，挑战了现有的理论模型。在本文中，我们提出了集成的粒子在细胞（PIC）和极化辐射传输模拟的磁重联事件。我们发现，在重联层中的等离子体团合并可以引起高度可变的光变曲线，低和波动的偏振度，和旋转的偏振角。特别是，大幅度的偏振角摆动，类似于在耀变体耀斑期间观察到的，可以是相对论性磁重联事件的独特签名。
2018-07-23 astro-ph.HE
Simultaneous Proton and Electron Energization during Macroscale Magnetic Reconnection
本文通过宏观磁重联模拟发现质子和电子均形成幂律能谱，主要机制为磁通量绳合并中的费米反射，并指出太阳耀斑中质子携带的磁能远超直接观测预期。
2024-08-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Axion magnetohydrodynamics and reconnection-driven axion bursts
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa（里斯本高等工程学院，里斯本理工学院）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（等离子体与核聚变研究所，里斯本技术学院，里斯本大学）
本文提出超越理想极限的轴子磁流体力学，保留轴子惯性和非理想等离子体本质物理。磁重联自然激发混合阿耳文-轴子模，实现磁场与轴子间的相干能量交换，导致中子星和磁星中磁重联驱动的暂态轴子爆发。
2026-05-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiative Magnetic Reconnection in Astrophysics
本文综述了高能等离子体天体物理学中一个迅速发展的新领域--辐射磁重联，即：辐射反应影响重联动力学，能量学和非热粒子加速的重联制度。这种影响可以通过许多天体物理学上重要的辐射效应来表现，例如粒子加速的辐射反应极限、辐射冷却、辐射电阻率、辐射阻力对重联流出的制动、辐射压力、粘性，甚至在最高能量密度下的电子对产生。在磁重联理论和模型中自洽地包含这些效应，要求我们对这个问题的整体理论方法进行认真的修改。此外，快速重连动力辐射通常是我们研究远程天体物理系统的唯一观测诊断工具;这强调了开发预测建模能力的重要性，以便将重连系统中的基本物理条件与可观测的辐射特征联系起来。本章概述了辐射重联的基本物理理解的最新理论进展，特别强调了天体物理学上重要的辐射机制，如同步加速器，曲率和逆康普顿。它还提供了辐射重联的关键高能天体物理学应用的广泛审查，如：脉冲星风星云和磁层，吸积黑洞日冕和XRB和AGN的喷流，磁星的磁层，和伽马射线暴。最后，本章讨论了最关键的开放问题，并概述了未来的研究方向，在这个令人兴奋的新前沿等离子体天体物理学。
2015-10-19 astro-ph.HE
Neutrino and pair creation in reconnection-powered coronae of accreting black holes
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波迪斯特里安大学）；Institute of Accelerating Systems & Applications（加速系统与应用研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（纽约大学柯朗数学科学研究所计算天体物理中心）
本文研究了黑洞磁层电流片中加速的相对论质子对AGN日冕中对称子富集和中微子发射的作用，提出了中微子亮度与X射线亮度和Eddington亮度的关系，并应用于四个塞弗特星系。
2026-01-15 astro-ph.HE
Particle-in-cell simulations of shock-driven reconnection in relativistic striped winds
利用二维和三维的粒子模拟方法，研究了相对论条纹流终止激波处的驱动磁重联过程。在脉冲星风和磁星驱动的相对论喷流中，气流由交替的磁场极性的条纹组成，由热等离子体的电流片隔开。在风终止激波处，气流压缩，交变磁场被驱动的磁重联湮灭。不管条纹波长“lambda”或风磁化强度“sigma”（在磁主导流的状态sigma>>1中）如何，激波驱动的重联将交变场的所有磁能转移到粒子上，其平均洛伦兹因子相对于激波前的值增加了一个sigma因子。在极限λ/（r_L*sigma）>>1时，其中r_L是风中的相对论拉莫尔半径，激波后粒子谱接近一个斜率约为-1.5的平坦幂律尾部，由重联电场加速的粒子组成。只有当引导场强于交流分量时，电流对准的“引导”磁场的存在才会抑制粒子的加速。我们的发现对脉冲星风星云和相对论喷流的非热辐射模型提出了重要的限制。
2012-08-24 astro-ph.HE
DC Circuit Powered by Orbital Motion: Magnetic Interactions in Compact Object Binaries and Exoplanetary Systems
单极感应直流电路模型，最初由Goldreich和Lynden-Bell开发的超导体-Io系统，近年来已被应用于不同类型的二进制系统。我们证明了在这种模型中磁相互作用力矩和能量耗散率存在一个上限。这是因为当电路的电阻太小时，大电流会严重扭曲连接两个二元元件的磁通量管，导致电路击穿。应用这一限制，我们发现，在合并中子星双星，磁相互作用产生的引力波形的相位演化可以忽略不计的校正，即使是类磁星的场强。然而，在最后的合并之前，磁层中的能量耗散仍然可能产生电磁辐射。对于超紧凑白矮星双星，我们发现直流电路不能提供足够的能量耗散来解释观测到的几个源的X射线光度。对于包含近距离彗星或超级地球的系外行星系统，磁力矩和耗散可以忽略不计，除了可能在金牛座T早期阶段，当恒星磁场强于10^3 G时。
2012-06-17 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On Ultra-long Period (53.8 min) Pulsar ASKAP J1935+2148: Coherent Radio Emission Triggered by Local Superstrong Magnetic Reconnection
本文提出 ASKAP J1935+2148 的超长周期源于具有局部超强磁场的正常脉冲星经相对论粒子风制动演化而来，并认为其相干射电辐射由局部磁重联触发，而非自转供能放电。
2025-08-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Nonthermal Particle Acceleration in 3D Relativistic Magnetic Reconnection in Pair Plasma
相对论性磁重联是高能天体物理等离子体中将磁场能量转化为等离子体能量的基本过程，它是脉冲星磁层和脉冲星风星云、吸积黑洞日冕和喷流以及伽马射线暴中粒子加速到超相对论能量所必需的能量的主要解释。因此，等离子体天体物理学的一个重要目标是表征重联对非热粒子加速（NTPA）的影响。重新连接供电的NTPA已被证明在广泛的物理条件下，使用大型二维（2D）动力学模拟。然而，它的鲁棒性在现实的3D重联-特别是，是否3D相对论漂移扭结不稳定性（RDKI）破坏NTPA -尚未系统地研究，虽然开拓性的3D模拟观察NTPA在孤立的情况下。在这里，我们提出了第一个全面的研究NTPA在3D相对论重联在无碰撞的电子-正电子等离子体，表征NTPA的3D效应的强度是通过在第三个维度的长度和强度的引导磁场系统地变化。我们发现，虽然RDKI显着扰动三维重联电流片，它不抑制粒子加速，即使为零引导场;完全三维重联鲁棒性和有效地产生非热幂律粒子光谱非常相似，在2D中获得的。这一发现为重联作为各种天体物理系统中高能耀斑的关键驱动机制提供了强有力的支持。我们还表明，强引导场显着抑制NTPA，减缓重联和限制可用于等离子体重联的能量，产生更陡，更短的幂律谱。
2017-07-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Inter-Plasmoid Compton Scattering and the Compton Dominance of BL Lacs
基于磁重联的Blazar辐射模型成功地再现了许多观测到的光谱和时间特征，包括短持续时间的发光耀斑事件。等离子体团是重联层撕裂不稳定性的自洽副产物，是耀变体辐射的主要来源。相对论重联的动力学模拟表明，等离子体团的特征是其辐射粒子和磁场之间的粗略能量均分。这是等离子体团占主导地位的发射模型解释BL Lac天体观测到的康普顿比的明显缺陷背后的主要原因。在这里，我们证明了等离子体团之间的辐射相互作用，这一直被忽视，到目前为止，可以帮助缓解这一矛盾。我们发现，由大的，缓慢移动的等离子体团发射的光子可以是一个潜在的重要来源的软光子，然后向上散射，通过逆康普顿，由小的快速移动，相邻的等离子体团。这种等离子体团间的康普顿散射过程可以自然地发生在整个重联层中，在BL Lac源内的那些短而明亮的等离子体团动力耀斑中观察到的康普顿比增加，同时保持辐射粒子和磁场之间的能量均分。
2019-11-06 astro-ph.HE
Magnetic Reconnection in Extreme Astrophysical Environments
磁重联是一种基本的等离子体磁拓扑结构的剧烈重排过程，经常导致磁能的剧烈释放。它在磁聚变、空间和太阳物理学中很重要，这些领域迄今为止为大多数重连研究提供了背景。重要的是，这些环境仅由电子和离子组成，并且耗散的能量总是与等离子体一起。与此相反，本文介绍了一个新的研究方向，在高能天体物理学的几个重要问题的动机-重联在高能量密度（HED）辐射等离子体，辐射压力和辐射冷却成为压力和能量平衡的主导因素。我确定区分HED重联的关键过程：特殊的相对论效应;辐射效应（辐射冷却，辐射压力和康普顿电阻率）;以及在最极端的情况下，QED效应，包括对创建。然后，我讨论了主要的天体物理应用-磁场强度（超过量子临界场约4 × 10^13 G）的情况：巨大的SGR耀斑和磁力驱动的中央引擎和GRB喷射。在这里，磁能密度是如此之高，其耗散加热等离子体的MeV温度。然后大量产生电子-正电子对，使重联层高度碰撞，并将其包裹在一层厚厚的对涂层中，以捕获辐射。压强主要由辐射和电子对决定。然而，穿过层的辐射扩散可能比整体阿尔文渡越时间更快;然后，辐射冷却控制热力学，重连成为辐射转移问题，极大地受到超强磁场的影响。这一整体图景与我们传统的重连图景截然不同，因此代表了重连研究的新前沿。
2011-01-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effective resistivity in relativistic reconnection: a prescription based on fully kinetic simulations
本文基于不同引导场强度下的相对论性对等离子体完全动理学PIC模拟，拟合出仅依赖单流体MHD量的有效电阻率经验公式，可再现非理想电场并提升电阻MHD重联率。
2025-01-08 astro-ph.HE
Reconnection-driven Plasma Loading for Prompt Emission in Tidal Disruption Event Jets
Astronomical Institute, Graduate School of Science, Tohoku University（东北大学理学研究科天文学研究所）
本研究针对潮汐瓦解事件中相对论性喷流的磁通量与等离子体起源问题，提出磁通量平流与光子-光子对产生的机制，解释了BZ喷流的启动与瞬时辐射的来源。
2026-11-04 astro-ph.HE
The Massive Pulsar PSR J1614-2230: Linking Quantum Chromodynamics, Gamma-ray Bursts, and Gravitational Wave Astronomy
最近对射电脉冲星PSR J1614-2230的夏皮罗延迟的测量得出了1.97 +/- 0.04 M太阳的质量，使其成为迄今为止已知的最大质量的脉冲星。它的质量足够高，即使没有伴随恒星半径的测量，它也对我们理解核物质、伽马射线暴和从合并的中子星产生引力波产生强烈影响。这一单一的高质量值表明，只有当夸克之间存在强相互作用且具有色超导性时，中子星核心中的夸克物质才能在与核饱和密度相当的密度下发生跃迁。我们进一步表明，如果短时间的伽马射线暴是由聚结中子星提供动力，需要一个高的最大中子星质量，因此，这种机制在最近的测量中变得可行。最后，我们认为，低频（<= 500赫兹）引力波发射的最后阶段的中子星合并编码的状态方程的属性，因为中子星符合这种测量不能集中凝聚。这将有助于利用Advanced LIGO/Virgo测量中子星的状态方程。
2010-10-27 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Fast Radio Bursts and the Axion Quark Nugget Dark Matter Model
我们探讨了快速射电暴（FRB）是由磁星中的磁重联提供能量的可能性，这种磁场重联是由轴子夸克块（AQN）暗物质触发的。在该模型中，磁重联是由当核的马赫数为$M \gg 1$时产生的激波点燃的。这些冲击波产生非常强和非常短的脉冲，用磁重联区域附近的压力$Δp/p\sim M^2$和温度$ΔT/T\sim M^2$表示。我们发现，所提出的机制产生的相干发射，这是符合当前的数据，特别是FRB的能量要求，观察到的能量分布，频率范围和突发持续时间。我们的模型使我们能够提出更多的测试，未来的数据将能够挑战。
2019-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Direct measurement of non-thermal electron acceleration from magnetically driven reconnection in a laboratory plasma
磁重联是一种普遍存在的天体物理过程，它将磁能迅速转化为等离子体流能、热能和非热高能粒子（包括高能电子）的某种组合。在不同的低$β$（plasma-to-magnetic pressure ratio）和无碰撞环境中，理论上提出了各种重联加速机制，包括一阶和二阶费米加速、电子感应加速、沿磁场的平行电场加速以及重联电场的直接加速。然而，迄今为止，它们都没有得到实验证实，因为在实验室实验中直接观察非热粒子加速是困难的，这是由于\textit{in-situ}测量的德拜长度短和\textit{ex-situ}测量的平均自由程短。在这里，我们报告的直接测量加速非热电子从低$β$磁驱动重联实验中使用激光供电的电容线圈平台。我们使用千焦耳雷射来驱动平行电流，以准轴对称几何形状重新连接兆高斯级磁场。测量的电子能谱和由此产生的加速能量的角度依赖性，支持粒子在细胞模拟，表明直接电场加速的平面外重联电场的机制是在工作。使用这种机制的定标能量与天体物理观测直接相关。因此，我们的研究结果验证了建议的加速机制之一的重联，并建立了一个新的方法来研究重联粒子加速与相关制度的实验室实验。
2022-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Non-thermal X-ray Emission from Merging Massive Black Hole Binaries
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究探讨非热X射线辐射是否能掩盖或改变双星合并前热X射线信号，发现非热辐射不足以消除热信号，强化其作为电磁对应体的可靠性。
2026-03-16 astro-ph.HE
Observational Constraints on Neutron Star Masses and Radii
精确可靠地测量各种质量的中子星的质量和半径，将为改进密度高于核物质饱和密度的冷物质性质的模型提供有价值的指导。人们尝试或提出了几种测量中子星质量和半径的方法，包括分析静止低质量X射线双星系统和热核爆发源中中子星的X射线通量和辐射谱，拟合旋转动力毫秒双星、毫秒周期爆发振荡和吸积动力毫秒双星的能量相关X射线波形，以及测量中子星质量和半径的方法。并模拟了并合双中子星和中子星-黑洞双星系统的引力辐射波形。我们描述了这些方法的优点和缺点，其中大多数目前有大量的系统误差，并讨论了减少系统误差在每种方法的前景。
2016-04-13 astro-ph.HE nucl-th
Energy Partition in Relativistic Electron-Positron-Ion Reconnection
Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文提出解析理论并辅以PIC模拟，研究相对论电子-正电子-离子重联中能量分配，发现离子能量份额远低于均分假设，影响天体物理源的中微子辐射。
2026-09-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The interplay of magnetically-dominated turbulence and magnetic reconnection in producing nonthermal particles
磁化湍流和磁重联常被用来解释从各种天体物理源观测到的非热辐射。通过全动力学二维和三维PIC模拟，我们研究了在磁支配对等离子体中湍流和重联在产生非热粒子过程中的相互作用。一个通用的副产品的湍流演变是一个非热粒子谱的能量范围的幂律的产生。幂律斜率$p$对于更大的磁化强度和更强的湍流波动更难，并且它可以与$p < 2$一样难。在高能截止处粒子的拉莫尔半径与最大涡旋的尺寸$l$相当。类等离子体介导的重联，自洽地发生在湍流等离子体中，控制着粒子注入的物理过程。然后，粒子通过湍流波动的随机散射进一步加速。平行电场所做的功--在重连层中自然是预期的--是初始能量增加的主要原因，并且与系统的磁化强度$σ$成比例，而随后的能量增益，主导了高能粒子的总体能量，是由湍流波动的垂直电场提供动力的。两阶段加速过程在粒子的俯仰角分布中留下印记：低能量粒子与场对齐，而最高能量粒子优先垂直于场移动。随机加速的能量扩散系数按比例缩放为$D_γ\sim 0.1σ(c/l)γ^2$，其中$γ$是粒子洛伦兹因子。这导致快速加速时标$t_{acc}\sim (3/σ)\,l/c$。我们的发现对于理解高能天体物理源中非热粒子的产生具有重要意义。
2019-09-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spinning black holes magnetically connected to a Keplerian disk -- Magnetosphere, reconnection sheet, particle acceleration and coronal heating
背景：吸积中的黑洞（BH）可能被极向磁场穿过的高度磁化的等离子体所包围。非热耀斑和高能量成分可能起源于一个热的、无碰撞的、几乎没有力的日冕。我们经常从这些系统中观察到的喷流被认为是旋转动力和磁力驱动的。目的：我们研究了轴对称BH磁层，其中锚定在周围圆盘中的一些磁场线可以连接到旋转BH的事件视界。我们确定的网站磁重联在30个引力半径取决于BH自旋。研究方法：与完全广义相对论粒子在细胞的代码GRZeltron，我们解决了电子-正电子对等离子体和BH周围的电磁场的时间相关的动力学。圆盘由开普勒旋转的稳定等离子体表示，由冻结的偶极场穿过。结果如下：对于旋转圆盘，穿过视界的扭曲开放磁场线为布兰德福德-兹纳杰克喷流提供动力，而超过临界距离，圆盘上的开放场线是开放的。在最里面的区域，耦合场线确保了BH和圆盘之间大量角动量和能量的转移。从交点处的Y点开始，在通过磁重联发生粒子加速的地方形成电流片。我们计算了当前片发射的同步辐射图像。结论：我们对喷气动力和BH-盘交换的估计与纯粹的无力模型的估计相匹配。Y点的耗散加热日冕，并为反射模型提供了圆盘上方的硬X射线的物理激励源。幕式等离子体团抛射可能解释天鹅座X-1上观测到的毫秒级耀斑。从Y点向下流到圆盘的粒子可以在最外面的闭合场线的足点处产生热点。
2021-12-07 astro-ph.HE
Magnetospheres of black hole-neutron star binaries
我们对围绕黑洞运行的中子星进行了无力模拟，旨在阐明这类双星朝向其最内层稳定圆轨道的主要磁层性质。几种配置进行了探讨，不同的轨道分离，个别自旋和失调之间的磁轴和轨道轴的角度。我们发现显着的电磁光度，$L\sim 10^{42-46} \, [B_{\rm pole}/ 10^{12}{\rm G}]^2 \, {\rm erg/s}$（取决于具体的设置），主要由轨道动能，约一个数量级高于单极感应预期。该系统通常形成沿着螺旋臂结构延伸到长距离的电流片。当黑洞沿着轨道移动时，它强烈的曲率会在一组特定的磁场上产生极端的弯曲，导致视界附近的磁重联。对于最对称的情况下（对齐的情况下），这些重连事件可以释放大规模的等离子体团进行大部分的坡印亭通量。另一方面，对于未对准的情况，大部分的光度反而被大振幅的阿尔夫{é}n波扰动向外携带。我们估计可能的前体电磁辐射的基础上，我们的数值解，发现无线电信号作为最有希望的候选人，可检测到的距离$\lesssim 200$ \，Mpc的即将到来的设施，如平方公里阵列。
2021-06-16 astro-ph.HE gr-qc
A Model for Magnetic Reconnection as the Origin of TeV Outbursts from NGC 1275
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics (Nanjing University), Ministry of Education（教育部现代天文学与天体物理重点实验室（南京大学））；Tianfu Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）
针对 NGC 1275 在 2022-2023 年间的 TeV 爆发，提出磁重联模型，通过喷流与介质相互作用产生等离子体团，解释多波段观测，并比较轻子与强子辐射机制。
2026-06-29 astro-ph.HE
Powering of cool filaments in cluster cores by buoyant bubbles. I. Qualitative model
冷芯集群（例如，英仙座或M87）通常拥有明亮的气体细丝网络，在无线电，红外线，光学和X射线波段观察到。我们认为，这些细丝是由浮力气泡尾流中的磁场重联提供动力的。活动星系核膨胀的相对论性等离子体气泡在星系团大气中迅速上升，将尾流中的磁场拉伸和放大到$\displaystyle β=8πP_{gas}/B^2\sim 1$的值。尾流中的场线具有相反的方向，并且随着气泡运动拉伸细丝而被迫在一起。这种设置与太阳上的日冕环或地球的磁尾非常相似。重联过程自然地解释了暗条中所需的局部耗散率水平和暗条的整体亮度。丝状体的原始动力来源是由活动星系核中心膨胀的浮力气泡的势能。
2013-09-11 astro-ph.HE
Observation of A Solar Like Magnetic Reconnection Event in an AGN Corona with XRISM
Technion（以色列理工学院）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；University of Leiden（莱顿大学）；European Space Agency (ESA), European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲航天局（ESA）欧洲空间研究与技术中心（ESTEC））；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；James Madison University（詹姆斯麦迪逊大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
利用XRISM和XMM-Newton观测到NGC 3783中的耀斑，发现软硬X射线演化差异、超快外流及Neupert效应，首次直接证明AGN日冕加热源于磁重联，并限制磁环高度和磁场强度。
2026-07-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
Electromagnetic precursor flares from the late inspiral of neutron star binaries
两颗中子星的合并伴随着引力波的发射，也可以具有由质量喷出物提供动力的电磁对应物，以及合并后形成的相对论性喷流。由于中子星可以具有强磁场，因此中子星磁层之间的非平凡相互作用可能会在合并之前引发潜在的强大电磁瞬变。为这些前兆瞬变提供动力的一个关键过程是在两颗恒星之间形成的强电流片中的相对论重联。在这项工作中，我们提供了一个详细的分析如何扭曲的共同磁层的二进制导致电磁耀斑的发射，类似于在太阳日冕中产生的。通过相对论性无力电动力学模拟，我们澄清了不同的磁场拓扑结构在这个过程中的作用。我们的结论是，耀斑总是会发生适当的磁场的路线，除非其中一个中子星有一个磁场明显弱于其他。
2022-05-19 astro-ph.HE gr-qc
Polarization Dynamics of X-Ray Synchrotron Emission from a Multi-Zone Blazar Jet
Washington University in St Louis（圣路易斯华盛顿大学）；University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
研究通过多区模型解释Mrk 421的X射线极化行为，发现磁重联主导模型能最佳匹配观测数据。
2025-12-23 astro-ph.HE
On the radiation mechanism of repeating fast radio bursts
最近的观测表明，快速射电暴（FRB）是发生在宇宙学距离上的高能但可能是非灾难性的事件。它们的祖先的属性在很大程度上是未知的，尽管许多尝试来确定它们使用的事件率，持续时间和能量。了解FRB的辐射机制应该提供关于其祖细胞的缺失的见解，这是本文研究的。FRB的高亮度温度（>10^{35} K）意味着发射过程必须是相干的。两个一般类的相干辐射机制被认为是-微波激射器和天线机制。我们使用所观察到的中继器FRB 121102的属性来约束这两种机制所需的等离子体条件。我们已经研究了各种各样的微波激射机制，无论是在真空或等离子体中工作，发现没有一个可以解释的FRB的高亮度，而不调用不切实际的或微调等离子体条件。最有利的机制是相干电荷束的天线曲率发射，其中爆发由磁星表面附近的磁重联提供动力（B > 10^{14} G）。我们证明了磁星扭曲磁层中的等离子体可能是由于双流不稳定性而产生的。当发生磁重联时，预先存在的密度团块可以为天线机构提供电荷聚束以进行操作。这个模型应该适用于所有像FRB 121102这样有多个爆发的FRB。
2018-03-21 astro-ph.HE
On the possible gamma-ray burst -- gravitational wave association in GW150914
费米伽马射线暴监测卫星天文台的数据表明，最近发现的引力波源，一对两个合并的黑洞，与伽马射线暴有关。观测到的高能电磁辐射（50 keV以上）源自一个微弱的瞬态源，持续约1秒。其定位与GW 150914的方向一致。我们推测伴随着引力波信号的伽马射线暴的形成的可能方案。我们的模型调用了一个紧密的双星系统，由一个大质量的恒星和一个黑洞，导致触发恒星的核崩溃，形成第二个黑洞，并最终到二进制黑洞合并。对于GW 150914事件中双星自旋矢量相对于轨道角动量的最可能配置，后坐速度最后一个黑洞通过引力波发射获得的反冲速度（kick velocity）大约为几百公里/秒。这可能足以使它更接近周围物质的包层，并从宿主的残余物中捕获一小部分物质星形花.伽马射线暴是由这些残余物质在最后一个黑洞上的吸积而产生的。最后一个黑洞的中等旋转表明，伽马射线暴的动力来自于弱中微子发射，而不是Blandford-Znajek机制，因此解释了观测到的伽玛射线暴信号的低功率。
2016-08-09 astro-ph.HE
Periodic Fast Radio Bursts from Luminous X-ray Binaries
快速射电暴（FRB）到达时间周期性的发现，对磁星研究提出了挑战。然而，假设FRB是由磁化冲击或相对论外流中的磁重联引起的模型并不特定于磁星发动机;相反，它们只需要将相对论能量脉冲注入到致密的磁化介质中。因此，出于这样的动机，我们概述了一个新的场景，其中FRB是由来自吸积黑洞或中子星的短暂相对论流出（"耀斑“）提供动力，这些流出传播到预先存在的（"静止”）喷流的空腔中。为了重现FRB的光度和速率，我们被迫考虑进行超爱丁顿质量转移的恒星质量紧凑型天体的二进制文件，类似于超铝X射线（ULX）源。事实上，FRB的宿主星系，以及它们在宿主星系内的空间偏移，与ULX表现出广泛的相似性。几天到几年的时间尺度上的周期性可以归因于岁差（例如，透镜Thirring）的极地吸积漏斗，沿其FRB发射的几何和相对论光束，扫过观察者的视线。通过吸积功率来解释最明亮的FRB可能需要一群经历不稳定（动态时间尺度）质量转移的双星系。这将导致一些重复的FRB的性质在数月至数年的时间尺度上发生长期演化，随后是类似于发光的红新星的瞬态光学/IR对应物，或者更明亮的吸积动力光学/X射线瞬态。我们鼓励对已知ULX源进行有针对性的FRB搜索。
2021-07-01 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetar activity mediated by plastic deformations of neutron star crust
我们提出了磁星活动的“太阳耀斑“模型，而在地壳上部的磁场的缓慢演变，由电子MHD（EMHD）流驱动，扭曲外部磁通量管，产生持续发射，爆发和耀斑。与此同时，中子星地壳塑性地释放了外加磁场应力，将应变$ ε_t $限制在远低于脆性断裂的临界应变$ ε_{crit}$ $ ε_t \sim 10^{-2}ε_{crit} $的值。类似磁星的行为发生在磁赤道附近，在所有的中子星中都有发生，只是程度不同。持续的光度与磁场的立方幂成正比（在给定的年龄），因此在大多数旋转动力的中子星中很难观测到。只有当磁场超过某个阈值时，才可能发生巨大的耀斑，而较小的爆发和耀斑可能发生在相对较小的磁场中。爆发和耀斑是磁层重联事件，发射阿尔芬冲击波，在撞击中子星表面时转换为高频哨声。由于电子密度的增加（以及由此产生的波的减慢），以及由于哨声脉冲随深度的增加的相干性，所产生的哨声脉冲引起随深度增加的应变。哨声脉冲在对应于$ρ\sim 10^{10} {\rm g cm}^{-3}$的浅深度以大约一天的时间尺度消散;这种能量被检测为增强的耀斑后表面发射。
2014-10-13 astro-ph.HE
Non-thermal radiation from dual jet interactions in supermassive black hole binaries
本研究针对区分单个活动星系核与超大质量黑洞双星的观测需求，提出密近黑洞双星的双喷流相互作用触发磁重联产生非热辐射的新型电磁特征，建模得到能谱与光变时标并对比普通活动星系核辐射。
2024-06-25 astro-ph.HE
Hyperactive Magnetar Eruptions: Giant Flares, Baryon Ejections, and Fast Radio Bursts
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Monash University（蒙纳士大学）
研究探讨磁星内部磁场通过偶极扩散演化引发喷发的过程，发现其可喷射磁环并产生巨量耀斑，解释了SGR 1806-20 2004年耀斑及后续辐射现象，提出超活跃磁星可能为宇宙快速射电暴的引擎。
2026-04-30 astro-ph.HE
On the Physical Origins of Long Period Radio Transients
University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
该研究针对长周期射电瞬变源，结合周期约束与伴星探测结果，提出将其分为孤立致密天体和双星系统两类的分类框架，并给出对应辐射机制与观测判据。
2026-08-11 astro-ph.HE
YSO Jets Magnetocentrifugally Driven by Reconnecting Atmospheric Avalanche Accretion Streams Above Inner Circumstellar Disks
本文通过二维MHD模拟提出YSO快速准直喷流由内星周盘上方雪崩吸积流释放引力能经磁离心机制驱动，并指出磁场重联可为球粒和CAIs形成提供加热源。
2025-06-03 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
