Nonuniform Particle Injection into Black Hole Jets by Radiative Magnetic Reconnection
Astronomical Institute, Graduate School of Science, Tohoku University（东北大学理学研究科天文学研究所）；Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿学际研究院）
研究通过高能光子在黑洞附近非轴对称磁重联中产生电子-正电子对，解释喷流中的等离子体来源及射电辐射机制。
2026-09-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle injection in three-dimensional relativistic magnetic reconnection
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Oxford（牛津大学）
研究三维相对论磁重联中粒子注入机制，分析磁化率对注入能量的影响及各加速机制对注入粒子的贡献，通过全动能粒子-网格模拟揭示相关关系。
2026-02-19 astro-ph.HE
Reconnection-driven particle acceleration in relativistic shear flows
剪切流中的粒子散射被用来解释相对论性天体物理喷流边界的非热发射。然而，粒子注入的物理学，即，允许热粒子参与剪切驱动加速的机制仍然未知。利用粒子模拟方法，研究了相对论性磁主导的电子-正电子喷流与弱磁化的电子-离子环境等离子体之间的速度剪切所导致的Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性的发展.我们发现，在其非线性阶段，KH涡产生动力学尺度的重联层，有效地激励射流粒子，从而提供了一个第一原理机制，粒子注入到剪切驱动的加速。我们的工作支持喷流发射的脊柱鞘模型-快速的核心/脊柱被较慢的鞘包围-并且可以解释相对论喷流边界处的无线电发射电子的起源。
2020-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Mechanism of Electron Injection and Acceleration in Trans-Relativistic Reconnection
磁重联过程中的电子加速被认为在天体物理系统的时变高能辐射中起着关键作用。利用粒子模拟方法研究了低$β$电子-质子等离子体中的电子注入和加速机制。我们建立了密度和场结构的多样性（例如，X点和等离子体团）通过改变引导场强度并选择是否触发重连或让它自发地演变。我们表明，X点和等离子体团的数量控制电子加速的效率，与更多的X点导致更高的效率。使用在飞行中的加速诊断，我们还表明，与X点相关的非理想电场在电子加速的第一阶段起着至关重要的作用。作为进一步的诊断，我们包括两个群体的测试粒子，选择性地经验只有某些成分的电场。我们发现平行电场的面外分量决定了电子能量分布的高能尾部的硬度。这些结果进一步加深了我们对磁重联中电子加速的理解，并对黑洞吸积流的现实模型产生了影响。
2019-08-16 astro-ph.HE
Reconnection-Driven Injection and Stochastic Reacceleration during Cosmological Magnetogenesis
Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天体宇宙科学研究所）
研究宇宙磁生成过程中磁重联能否提供超热质子种子粒子，发现重联可产生超热尾但非热能量分数极小，对宇宙线能量预算贡献可忽略。
2026-06-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Model for Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Magnetic Reconnection
本文提出一个半解析模型，通过结合粒子注入、加速和逃逸过程，并利用动理学模拟评估模型系数，系统研究了相对论磁重联中的非热粒子加速，准确重现了幂律光谱特征并预测了天体物理系统中的幂律指数与拐折能量。
2023-09-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Low-energy Injection and Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Magnetic Turbulence
本研究通过二维全动力学粒子模拟，发现相对论性磁湍流中注入能量随区域增大收敛至约10m_ec²，且垂直电场在注入和后续增能中可能起主导作用，有助于理解天体物理非热粒子产生。
2024-12-16 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
Kink-driven magnetic reconnection in relativistic jets: consequences for X-ray polarimetry of BL Lacs
我们调查与相对论MHD模拟的BL紫胶喷流的耗散物理，通过研究的粒子加速的扭结不稳定性在一个磁主导的等离子体柱的同步极化签名。扭结不稳定性的非线性阶段产生电流片，其中粒子可以通过磁重联有效地加速。我们将电流片识别为s = J d/B高于某个预定义阈值的区域（其中B是场强，J是电流密度，d是网格尺度），并假设粒子注入效率与电流的平方成比例。X射线发射粒子具有短的冷却时间，因此它们仅探测它们的注入部位的场几何形状。相比之下，在光学波段发射的粒子，我们遵循自洽，因为它们传播远离他们的注射部位，同时冷却，采样更大的体积，所以他们可能会产生不同的偏振签名。我们发现偏振度在X射线和光学波段之间大致相同，因为即使是光发射粒子也不会远离它们被注入的电流片，这是由于缺乏足够的扭结产生的湍流。由于X射线和光学发射粒子探测的区域不同，偏振角在两个带之间显示出不同的时间演化。鉴于即将到来的IXPE卫星，我们的研究结果可以帮助限制是否扭结诱导重连（而不是冲击）可以从BL Lac的多波长发射源。
2020-11-17 astro-ph.HE
The Role of Electric Dominance for Particle Injection in Relativistic Reconnection
本文利用二维粒子模拟研究无引导场相对论性正负电子对重联，量化电主导区域（E>B）对粒子注入阶段能量增益的贡献，发现该贡献随磁化参数增大而显著提高，并给出能量增益分布的经验模型。
2025-01-01 astro-ph.HE hep-ph
Synchrotron Gamma-Ray Emission Model of the Giant Outburst of Quasar 3C 279 in 2015 June: Fast Reconnection or Stochastic Acceleration with Electromagnetic Cascade?
我们使用随时间变化的数值模拟测试了2015年6月观测到的blazar 3C 279非常明亮的伽马射线耀斑的同步辐射场景。高达100的体洛伦兹因子可以使同步加速器的最大能量超过GeV的能量范围。我们发现两种可能的解决方案的X射线到伽马射线光谱。一种是具有硬幂律指数的瞬发电子注入模型，正如磁重联模型所建议的那样。由于次级电子-正电子对，太强的磁场会产生太亮的同步加速器X射线通量。即使在瞬发电子注入模型中，坡印廷通量光度也至多与伽马射线或电子光度相当。另一个模型是随机加速模型，它导致了一个非常独特的图片伴随着电磁级联和再加速的次级电子-正电子对。在这个模型中，与伽马射线和电子相比，磁场的能量预算非常低。
2020-01-29 astro-ph.HE
Turbulent Reconnection in Relativistic Plasmas And Effects of Compressibility
本文利用三维相对论电阻磁流体力学模拟研究了湍流对相对论等离子体中磁重联的影响。我们发现，由于湍流效应类似于非相对论的情况下，重新连接率成为独立的等离子体电阻率。我们还发现可压缩湍流效应修正了非相对论不可压缩等离子体中预测的湍流重联率;当注入速度接近Alfvén速度时，重联率饱和甚至衰减。结果表明，当Alfvén马赫数达到约$0.3$时，当可压缩分量变为不可压缩模式的一半时，可压缩性不容忽视。所获得的最大重连率约为$0.05$至$0.1$，如果注入规模与片材长度相当，则其将能够达到约$0.1$至$0.2$。
2015-10-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Composition-asymmetric and sheared relativistic magnetic reconnection
本研究首次模拟组分不对称且受剪切作用的相对论性磁重联，发现其由低磁化强度侧驱动，降低电子加速效率，但可能促进黑洞喷流-盘边界的等离子体混合与粒子注入。
2024-09-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Super-Fermi Acceleration in Multiscale MHD Reconnection
该研究针对二维 MHD 等离子体团重联中的带电粒子加速，揭示 $\vec{E}\times\vec{B}$ 漂移收缩轨道引发超级费米加速，并给出能量增益幂律及尺度依赖。
2023-03-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Hard particle spectra of galactic X-ray sources by relativistic magnetic reconnection in laser lab
磁重联是指不同方向的磁场线相互“重联”，导致磁场拓扑重新排列，并将磁场能转化为动能（K. E.）高能粒子。这一过程发生在磁化的天文等离子体中，如日冕、地球磁层和活动星系核中的等离子体，并解释了各种现象，如太阳耀斑、高能粒子加速和光子发射的动力。本文报道了相对论电子磁化情况下的磁重联实验，以及在电子和质子能谱中观察到的幂律分布的流出。用强激光照射“微线圈”，产生相对论磁化等离子体，并在最大磁场3 kT下实现了磁重联。在下游流出方向上，在电子和质子光谱的高能部分观察到非热分量，电子光谱的幂律斜率明显更硬（p = 1.535 +/- 0.015），这与解释天鹅座X-1（具有相同磁化阶数的银河系X射线源）硬发射尾的电子注入模型相似。实验结果表明，银河X射线源发射区的磁化条件足以通过磁重联建立硬电子布居。
2019-04-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Cosmic Ray Acceleration in Magnetic Reconnection Sites
宇宙射线（CR）加速仍然是研究人员面临的挑战。在天体物理环境中，快粒子可以通过各种过程被加速。特别是在磁重联站点的加速，最近吸引了研究人员的注意，不仅因为它在太阳系背景下的潜在重要性，而且在其他天体物理环境中，如致密恒星源，AGN和GRB，甚至在ISM和IGM等扩散介质中，特别是当环境是磁主导时。在这次演讲中，我们回顾了这一过程，并提出了三维碰撞MHD模拟，注入了数千个测试粒子，从它们的能谱的演变中可以看出，它们可以通过大尺度磁流片内的一阶费米过程通过重联有效地加速（特别是当局部湍流存在时，这使得重联快速，加速层较厚）。
2014-01-20 astro-ph.HE
Ideal Magnetohydrodynamic Simulations of Low Beta Compact Toroid Injection into a Hot Strongly Magnetized Plasma
我们目前的结果从三维理想磁流体动力学模拟低$β$紧凑环（CT）注入到一个热的强磁化等离子体，目的是提供洞察CT燃料托卡马克与ITER（国际热核聚变实验堆）的相关参数。根据CT注入速度和CT与背景磁场比确定了一个制度，该制度似乎有希望用于精确的堆芯加燃料。冲击占主导地位的政权，这可能是不利的托卡马克燃料，也确定。CT穿透深度与CT注入速度和密度成正比。整个CT演化可分为三个阶段：（1）初始穿透，（2）沿传播方向压缩并与背景磁场重连，以及（3）静止并沿垂直于注入方向扩散。由于CT穿过背景等离子体的快速通过时间，未观察到CT倾斜。
2009-06-25 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection, Cosmic Ray Acceleration, and Gamma-Ray emission around Black Holes and Relativistic Jets
粒子加速的磁重联是目前公认的一个重要过程，在磁主导区的银河系和河外黑洞源。这一过程有助于解决目前的困惑，特别是在这些来源的非常高的能量耀斑发射的起源。在这篇综述中，我们讨论了这种加速机制，并显示最近的分析研究和多维数值SRMHD和GRMHD（特殊和广义相对论磁流体动力学）模拟注入测试粒子，这有助于我们理解这一过程中的相对论射流和这些来源的日冕区域。本文还讨论了重联加速粒子所产生的极高能量和中微子辐射。
2019-03-19 astro-ph.HE
Multi-species Ion Acceleration in 3D Magnetic Reconnection with Hybrid-kinetic Simulations
本研究通过首个具备足够尺度分离的3D混合模拟，揭示磁重联中碎片化通量绳驱动的费米加速是多物种离子加速的主导机制，解释了不同荷质比离子的加速差异及幂律谱特征，与原位观测结果吻合。
2024-01-30 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
Gamma-ray Burst Spectrum with a Time-dependent Injection Rate of High-energy Electrons
虽然伽马射线暴中瞬发辐射的物理起源还没有定论，但以前的研究认为相对论电子的同步辐射是一种很有前途的机制。这些工作通常采用恒定的电子注入率（$Q$），这可能与坡印廷通量主导射流中的电子注入率不一致。在坡印廷通量主导的射流中（例如，ICMART模型，Zhang & Yan 2011），同时发生的磁重联的数量可以随时间快速增长，并导致$Q$随时间增加。本文致力于研究这种情况下的同步辐射光谱。研究发现，随着$Q$的增大，辐射谱明显变硬，当$Q$增大足够快时，可以得到类带状的辐射谱。后者与这样一个事实有关，即在所获得的电子谱的低能区出现凸点形状而不是幂律谱。这种效应可以强烈地硬化低能辐射光谱。结果表明，增加$Q$有助于缓解同步辐射对伽玛暴的“快冷问题”。我们的研究还表明，具有较大发射半径、较小磁重联区长度或较低最小注入电子能量的坡印廷通量支配的喷流更倾向于形成带状辐射谱。我们认为伽玛暴中的带谱可能是低能区电子的同步辐射，其分布呈凸点状。
2020-03-27 astro-ph.HE
Particle acceleration by magnetic reconnection in relativistic jets: the transition from small to large scales
本研究通过MHD-PIC模拟证实，相对论喷流中湍流驱动的磁重联能在各尺度通过背景涨落理想电场将粒子加速至极端超高能，且背景磁场动态变化不影响加速过程。
2023-06-12 astro-ph.HE
Ionisation of inner T Tauri star discs: effects of in-situ energetic particles produced by strong magnetic reconnection events
本研究结合粒子截面、传播谱、耀斑观测与 ProDiMo 盘模型，评估金牛 T 型星磁重联产生的原位高能粒子对内盘电离率的增强作用。
2022-10-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Properties of the First-order Fermi acceleration in fast magnetic reconnection driven by turbulence in collisional MHD flows
快速磁重联可能发生在不同的天体物理源中，产生类似耀斑的发射和粒子加速。目前，这个过程正在研究作为一种有效的机制，通过一阶费米过程加速粒子。在这项工作中，我们分析的加速率和能量分布的测试粒子注入三维磁流体动力学（MHD）域与大规模的电流片的重联是快速的湍流的存在。我们研究了粒子加速时间与嵌入湍流相关参数的依赖关系，Alfvén速度$V_{\rm A}$、注入功率$P_{\rm inj}$和比例$k_{\rm inj}$（$k_{\rm inj} = 1/l_{\rm inj}$）。我们发现，加速时间遵循幂律依赖于粒子动能：$t_{acc} \propto E^α$，与$0.2 < α< 0.6$的$c / V_{\rm A} \sim 20 - 1000$的值的巨大范围。加速时间随阿尔文速度（因此也随重联速度）的增加而减小，与预期的一样，具有近似的依赖关系$t_{acc} \propto (V_{\rm A} / c)^{-κ}$，对于达到$1 - 100 \, m_p c^2$之间动能的粒子，分别具有$κ\sim 2.1- 2.4$。此外，我们发现，加速时间仅弱依赖于$P_{\rm inj}$和$l_{\rm inj}$参数的湍流。粒子谱发展了一个高能量的尾巴，它可以在加速的早期由硬幂律拟合，与无碰撞等离子体中磁重联粒子加速的动力学研究结果一致。
2016-09-27 astro-ph.HE
Pitch-Angle Anisotropy Imprinted by Relativistic Magnetic Reconnection
本研究通过PIC模拟发现相对论磁重联驱动的粒子加速会产生能量依赖的俯仰角各向异性与拐折幂律，明确其与磁场分量比、轻子磁化强度的关系，并指出其对多种天体物理辐射特性的重要影响。
2023-12-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle acceleration and the origin of the very high energy emission around black holes and relativistic jets
由快速磁重联引起的粒子加速可能有助于解决目前与解释活动星系核和致密源的甚高能（VHE）和中微子任务有关的难题。我们对吸积盘-日冕系统的广义相对论-MHD模拟揭示了由MHD不稳定性驱动的湍流的增长，这种不稳定性导致了日冕中快速磁重联的发展。此外，我们对相对论性磁流体射流的模拟揭示了由电流驱动的扭结湍流引起的几个快速重联位点的形成。在这些区域中注入数千个测试粒子会导致加速到几个PeV的能量，从而证明了这个过程加速粒子并产生VHE和中微子发射的能力，特别是在耀变体中。最后，我们讨论了如何重联也可以解释所观察到的VHE光度-黑洞质量相关，涉及数百个非耀变体源，如英仙座A，和黑洞二进制。
2018-09-17 astro-ph.HE hep-ph
Nanoflare Theory Revisited
局部磁反转是磁流体动力学（MHD）湍流不可分割的一部分，其在惯性范围内任意尺度上的集体结果可能导致与小尺度物理无关的全局随机重联事件。我们表明，这张照片与日冕的纳米耀斑理论密切相关。首先，我们认为，由于随机磁通冻结，广义版本的磁通冻结在湍流中，磁场遵循的湍流在统计意义上。因此，弯曲和拉伸最初平滑的磁场，湍流通常会增加磁场空间的复杂性。与这种高度缠结的场相关联的强磁剪切可以触发局部反转和场湮灭，其分别将磁能转换成动能和热能。前者维持湍流，其附带地继续纠缠场以完成循环，而后者在耗散范围内增强热生成。我们支持这一理论图片调用最近的分析和数值研究表明，磁复杂性和磁能量耗散之间的相关性。超线性Richardson扩散对多个局部同相逆转的放大可能会引发更大尺度的全球重联，然而，即使没有这种全球随机重联，小尺度逆转也会继续与湍流相互作用。我们采用传统的MHD湍流的标度律来说明，这些本地事件确实是有效的，在增强湍流和产生热量。最后，使用MHD数值模拟，我们表明，磁复杂性的时间演化与动能注入率和/或磁到热能转换率统计相关。
2020-04-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Revisiting flares in Sagittarius A* based on general relativistic magnetohydrodynamic numerical simulations of black hole accretion
本研究基于GRMHD模拟数据，发展磁重联磁通量绳模型，计算电子辐射以解释Sgr A*耀斑的观测特征，并与GRAVITY观测取得良好一致。
2024-05-27 astro-ph.HE
Particle Acceleration and the Origin of X-ray Flares in GRMHD simulations of Sgr A*
已从Sgr A* 观察到显著的X射线变异性和耀斑，但从理论观点来看，对其了解甚少。我们进行GRMHD模拟，考虑到人口的非热电子的能量分布和注入率的动机由PIC模拟的磁重联。我们探讨的影响，包括这些非热电子上的预测宽带变异的Sgr A*，并发现，X射线的变化是一个通用的结果，本地化的非热电子高度磁化的区域，在那里粒子很可能会被加速通过磁重联。这些高场区域与事件视界的接近形成了IR和X射线变化之间的自然联系，并解释了与X射线耀斑相关的快速时间尺度。这种变化的定性性质与观测结果一致，产生的X射线耀斑总是与红外耀斑重合，但反之亦然，即，有许多红外线耀斑没有对应的X射线。
2016-08-23 astro-ph.HE
Anisotropy and energy distribution of leptons and photons in radiative relativistic Alfvénic turbulence
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本研究建立理论框架，推导标度方程描述辐射性阿尔文湍流中轻子与光子的俯仰角动力学，揭示能量-角分布耦合及转折点能量，并通过模拟验证，为解释高能天体辐射光谱硬化提供定量基础。
2026-09-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
3D PIC Simulations for Relativistic Jets with a Toroidal Magnetic Field
我们已经调查了动力学不稳定性，如韦伯不稳定性（WI），蘑菇不稳定性（MI），和动力学Kelvin-Helmholtz不稳定性（kKHI）是如何激发在射流没有和有一个环形磁场，以及如何这样的不稳定性有助于粒子加速。在这项工作中，我们使用了一种新的射流注入计划，其中电流是自洽产生的射流粒子产生的环形磁场在射流孔。我们进行了五个不同的模拟足够长的时间来检查射流演变的非线性效应。我们将未磁化的e^{ \pm }和e^{-} - p^{+}（m_p/m_e = 1836），以及磁化的e^{ \pm }和e^{-} - i^{+}（m_i/m_e = 4）具有顶帽状喷流密度分布的喷流注入到相同物种的未磁化环境等离子体中。我们表明，WI，MI，和kKHI在线性阶段激发，产生一个非振荡的x分量的电场加速和减速电子。我们发现两种不同的射流成分（e^{ \pm }和e^{-} - i^{+}）分别显示出不同的不稳定模式。此外，在非线性阶段中由不同的不稳定性产生的磁场被耗散并重组成新的拓扑结构。3D磁场拓扑描绘指示在非线性阶段中的可能的重连位点，其中粒子通过与可能的重连事件相关联的磁场的耗散而显著加速。
2023-02-27 astro-ph.HE
Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence
湍流经常被用来解释空间中非热粒子和天体物理等离子体的起源。通过三维完全动力学粒子模拟，我们证明了低$β$等离子体（$β$是等离子体压力与磁压力的比值）中的湍流加速离子和电子进入具有幂律能量范围的非热能分布。离子谱比电子谱硬，并且随着$β$的增大，两种分布都变得更陡。我们发现，电子的自旋是伴随着一个显着的能量依赖的俯仰角各向异性，与大多数电子移动平行的本地磁场，而离子保持大致各向同性。我们表明，粒子注入从热池发生在高电流密度的区域。与磁重联相关的平行电场负责电子的初始能量增益，而垂直电场控制离子的总体重联。我们的发现对空间非热粒子的起源和天体物理等离子体具有重要意义。
2022-09-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Small-Scale and Transient EUV Kernels in Solar Flare Ribbons
University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland (FHNW)（西北瑞士应用科学与艺术大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Space Sciences Laboratory, University of California（加州大学空间科学实验室）；Astronomy & Astrophysics Section, School of Cosmic Physics, Dublin Institute for Advanced Studies, DIAS Dunsink Observatory（都柏林高等研究院宇宙物理学校天文学与天体物理学系邓辛克天文台）；Solar-Terrestrial Centre of Excellence (SIDC), Royal Observatory of Belgium（比利时皇家观测站太阳-地球卓越中心）；University College London, Mullard Space Science Laboratory（伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室）
研究日珥丝带中EUV核的空间和时间尺度，揭示能量注入的局部性和短暂性，为理解日珥能量沉积和太阳大气响应提供新视角。
2026-04-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Cosmic Ray Parallel and Perpendicular Transport in Turbulent Magnetic Fields
正确描述湍流等离子体中的宇宙线扩散对许多天体物理和日球问题是必不可少的。本文旨在研究实际湍流磁场中CRs的物理扩散行为，并对模型进行了数值验证。我们在可压缩磁流体动力学湍流中进行测试粒子模拟。我们通过跟踪粒子轨迹获得散射和空间扩散系数。我们发现在90 $^\circ$的俯仰角散射没有共振间隙。我们的研究结果证实了镜像相互作用的优势与可压缩模式的最俯仰角所揭示的非线性理论。对于跨场输运，我们的结果与之前预测的大尺度正常扩散一致。扩散行为强烈地依赖于Alfvenic马赫数和粒子的平行平均自由程，我们首次用数值方法导出了垂直扩散系数M_A^4对平均磁场的依赖关系。我们得出结论，CR扩散系数是各向异性的亚阿尔芬湍流和空间相关的本地湍流属性。在小于注入尺度的尺度上，我们发现CR是超扩散的。我们强调我们的结果在广泛的天体物理过程，包括磁重联的重要性。
2013-11-23 astro-ph.HE
Variability and Spectral Behavior of Gamma-ray Flares of 3C 279
3C 279在2018年1月至6月的费米-LAT γ射线观测中显示出增强的通量变化。我们提出了一个详细的费米-LAT分析，以研究3C 279在2018年γ射线耀斑期间的变化和光谱行为。在这项工作中，我们分析了γ射线谱，发现无论是在耀斑或静止状态的谱没有显示出任何明显的中断（或截止）。这表明耗散区在宽线区之外，能量耗散可能是由于尘埃环红外光子散射的逆康普顿过程，这一结果也与Tolamatti等人的结果一致。我们发现耀斑的衰变时间尺度与相对论电子通过DT光子的冷却时间一致，这进一步支持了这个模型。在SED模拟过程中，发现了一个相对较硬的电子能量分布（EED）谱，表明这些电子可能不会被耗散区发生的冲击加速。此外，由于磁化率低，也排除了磁重联。因此，我们建议从斑点外部注入更高能量的电子，并提高耀斑。
2022-12-27 astro-ph.HE
Numerical simulations of the jet dynamics and synchrotron radiation of binary neutron star merger event GW170817/GRB170817A
本文对高能流在双中子星（BNS）合并的碎片云中的传播进行了数值模拟。从中央发动机的尺度出发，我们使用动网格流体动力学代码来模拟所产生的相对论喷流的完整动力学演化。我们计算同步辐射直接从模拟和目前的多波段光曲线的早期（子天）通过后期（数周到数年）余辉阶段。我们的工作系统地比较了两种不同的模型的中央发动机，被称为窄和宽发动机的情况下，这是与一个成功的结构射流和准各向同性爆炸分别。这两种发动机模型通过与合并碎片云的流体动力学相互作用自然地演化出角向和径向结构。它们也都导致能够产生观测到的多波段余辉数据的相对论性冲击波。然而，我们发现，窄和宽发动机的情况下可能会区分一个新的排放成分，我们称之为合并闪光。这一部分是将同步辐射模型应用于受冲击的光学薄合并云的结果。如果非热电子的注入在突破的相对论壳层中持续存在，例如通过内部冲击或磁重联，这种建模是合适的。在GW啁啾之后的最初几分钟内，对于未来的BNS合并，快速下降的签名可以是可检测的。此外，它的GRB 170817 A事件的未检测可能不利于宽，准各向同性爆炸模型。
2018-06-11 astro-ph.HE
Multi-scale simulations of particle acceleration in astrophysical systems
本文综述了湍流天体物理流中高能粒子加速和输运的数值研究现状，并对这一问题作了简要介绍。该主题还补充了激光等离子体实验领域的最新进展的简短概述。我们审查的主要物理过程的核心生产的非热分布在牛顿和相对论天体物理流，即一阶和二阶费米加速过程。我们还讨论了冲击漂移和冲浪加速，两个过程中的粒子注入冲击加速的背景下，重要的。我们分析了一些细节的粒子在细胞（PIC）的方法来描述粒子动力学。我们回顾了近年来用PIC模拟得到的关于冲击和重联事件中粒子加速的主要结果。综述讨论了福克-普朗克问题的解决方案，并将其应用于研究冲击时的粒子加速，以及致密物体周围的热日冕等离子体中的粒子加速。我们继续考虑大尺度物理学。我们描述了磁流体动力学（MHD）模拟的最新进展。我们给一个特别强调的方式充满活力的粒子动力学可以耦合到MHD的解决方案，无论是使用多流体计算或直接耦合动力学和流体计算。这方面是强制性的，以调查粒子的加速在深相对论制度，以解释最高的宇宙射线能量。
2020-02-25 astro-ph.HE
Polarization degree of magnetic field structure changes caused by random magnetic field in Gamma-ray Burst
本文构建含随机与有序磁场的PFD喷流模型，计算单脉冲PD曲线，揭示随机场显著降低X射线偏振度并引发两次PA旋转。
2024-08-03 astro-ph.HE
New Advances in Pulsar Magnetosphere Modelling
过去几年积累的大量高能（E > 50 MeV）和甚高能（E > 100 GeV）数据为探索脉冲星发射模型提供了前所未有的机会。费米大面积望远镜（LAT）现在已经探测到200多个年龄差异很大的伽马射线天体，与十年前相比，提供了广泛的光谱和光变曲线数据集。地面切伦科夫望远镜通过对蟹状星云脉冲星高达1 TeV的脉冲发射的意外探测，加深了我们对脉冲星机制神秘丰富性的理解。这些发现使我们能够在脉冲星理论方面取得真正的进展。许多研究开发了新的和增强现有的耗散磁流体动力学（MHD）和粒子在细胞（PIC）的代码来解决全球电动力学和追求磁层粒子注入，加速和辐射的基本问题。虽然MHD模型捕捉脉冲星磁层的全球方面，微观物理需要探索自洽PIC模拟。一些耗散的MHD模型认为电流片（CS）是高能曲率辐射（CR）的重要场所，而早期的PIC结果指出能量耗散发生在CS中，在CS中，粒子通过磁重联加速，并可能通过同步辐射（SR）发射$γ$射线。这与一些旧的局部辐射模型形成鲜明对比，这些模型研究了在更接近旋转的中子星的间隙中产生的CR伽马射线。这些结果的普遍性应变得更加清晰，目前的计算限制，克服和边界条件的细化。持续的和综合的偏振，光谱和时间测量应该有助于我们在仔细检查这些新的排放模型，在我们不断追求更深入地了解脉冲星的奇迹。
2017-02-02 astro-ph.HE
Herschel SPIRE discovery of far-infrared excess synchrotron emission from the west hot spot of the radio galaxy Pictor A
一个远红外对应的无线电星系绘架A的西热点是发现与光谱和光度成像接收器（SPIRE）机载赫歇尔。在350 $μ$ m波长下，源的颜色校正通量密度测量为$70.0 \pm 9.9$ mJ y。对它的无线电-光学光谱的仔细研究表明，WISE和斯皮策探测到的无线电同步加速器组件的中红外过量对远红外波段有很大的贡献。由于SPIRE的数据，它揭示了频谱的过剩是由一个破碎的幂律模型进行高能量截止。通过应用连续能量注入下的辐射冷却中断（$Δα= 0.5$），打破幂律模型支持的想法，过量起源于10 pc尺度的子结构内的热点。根据断裂频率$ν_{\rm b} = 1.6_{-1.0}^{+3.0} \times 10^{12}$ Hz，磁场估计为$B\simeq1$ - $4$ mG。这比子结构的最小能量磁场高出一个因子$3$ - $10$。即使过剩的起源大于$\sim 100$ pc，也可以确认磁场强于最小能量场。有人建议，通过等离子体湍流局部增强磁场的区域被观察到的子结构。在破裂点以下导出的能量指数$α\sim 0.22$（保守地说是$<0.42$）很难归因于强冲击加速度（$α= 0.5$）。随机加速和磁重联被认为是一个合理的替代机制。
2020-06-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
