High-Energy Photon Opacity in the Twisted Magnetospheres of Magnetars
磁星是一种中子星，其特征是表面磁场很强，通常超过44.1太高斯的量子临界值。高能光子在其磁层中的传播可以通过量子电动力学过程如光子分裂和磁对产生而衰减。在本文中，我们计算了由于光子分裂和对创建的光子发射在磁星的磁层中的任何地方的不透明度。轴对称，扭曲偶极子场配置嵌入史瓦西度规处理。本文计算了光子在弯曲时空中传播到无穷远的最大能量。特别强调的情况下，光子产生沿磁场环路和/或在极地地区，这些情况下直接涉及到共振逆康普顿散射模型的硬X射线发射磁星和康普顿软γ射线发射从巨大的耀斑。我们发现，磁层扭曲的增加提高或降低光子不透明度，这取决于两个发射场所，以及场线拉直和场强增强之间的竞争。因此，考虑到硬X射线爆发和磁星持续的“尾部”发射的隐含光谱透明度，光子分裂的考虑限制了它们的发射区域位置和磁层的扭曲角;这些限制可以通过未来的软伽马射线望远镜（如COSI和AMEGO）来探测。扭曲的包含通常会增加光子对创建的不透明体积，超过其阈值，除非光子在极区发射并近似平行于场。
2022-09-30 astro-ph.HE
Free electron laser in magnetars/Fast Radio Bursts
讨论了磁星磁层中磁化对等离子体爆炸重联过程中的相干自由电子激光。该模型解释了快速射电暴/磁星射电辐射的许多显著特征：射电暴和高能暴的时间重合，等离子体动能向相干辐射的高转换效率，频率漂移的可变窄带辐射特征，高度的线偏振。该模型依赖于特定的磁漂移$e^\pm$等离子体组件（产生摆动场由于消防水龙带不稳定性的发展）和存在的重联产生的粒子束与温和的洛伦兹因子$γ_b \sim$几百。
2020-06-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
QED Plasma and Magnetars
磁星被扩散的等离子体包围，其磁场强度远高于量子电动力学临界值。我们使用有效场论参数推导出这种等离子体的“量子无力电动力学”方程。我们认为，量子效应不修改磁层的大尺度结构，特别是自旋下降率不偏离经典的结果显着。我们提供了明确的演化方程，可用于探索潜在的重要的小尺度修正，如冲击波的形成，这已被提出作为一种机制，从磁星的爆发和静态发射。
2015-04-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Relativistic Fireball Reprise: Radio Suppression at the Onset of Short Magnetar Bursts
越来越多的证据表明，磁星和射电暴之间可能并不存在明显的区别，这意味着同时表现出射电脉动和爆发活动的中子星的数量可能很大。在这种情况下，通过结合射电脉动的时间行为，可以获得对爆发机制的新见解。我们提出了一个相对论性$e^{\pm}$等离子体外流在磁星耀斑爆发时的射电抑制的一般模型。突然向磁层喷射磁能会产生火球等离子体，并迅速以相对论速度膨胀。这将使等离子体截止频率显著高于静止帧射频，导致无线电波的抑制。我们分析表明，任何GHz的无线电发射所产生的磁层被抑制$\sim100\ {\rm s}$，取决于总的火球能量。另一方面，热辐射预计来自恒星表面上的热点（S），该热点由稠密等离子体的流入产生，这可能是短暴的起源。由于我们的假设预测射电抑制与短爆发一致，这可能是一种间接的方法，以限制短爆发在暗端的发生率，仍然没有被X射线探测器检测到。此外，来自火球光球层的超快伽马射线闪光也被认为是确凿的证据，尽管由于其极短的持续时间$\simμ$ s，机载探测具有挑战性。最后，我们的模型被应用到无线电脉冲星与类磁星活动，PSR J1119-6127在最近的观测。快速射电暴和等离子体透镜的可能性的影响也进行了讨论。
2018-12-12 astro-ph.HE
Modified surface redshift of pulsars and magnetars by magnetized plasmas and vacuum polarization
本文在Gordon有效度规理论的框架内研究了相对论性流对等离子体中辐射的传播，特别考察了真空极化对辐射谱的影响。发现流动磁化等离子体的电磁效应、动力学效应和真空极化效应可以使恒星的辐射谱发生移动。在特殊情况下，对光谱红移的修正可以达到与引力红移相同的量级。此外，由介质引起的红移是各向异性的，并且与波模有关。对于O模，红移的修正依赖于辐射的频率。对于较低频率的辐射，修改是由等离子体效应为主，而对于较高频率的辐射，由真空极化效应。对于X模式，修改是非色散的，并占主导地位的真空极化效应。真空极化对磁星X射线辐射的红移也有显著的影响。
2013-03-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Opacities for Photon Splitting and Pair Creation in Neutron Star Magnetospheres
在过去的四十年里，各种望远镜观测到的磁星的持续和闪耀发射为我们提供了一套软X射线和硬X射线的光变曲线和光谱，尚未检测到超过1 MeV的发射。磁对产生和光子分裂导致的高能光子衰减预计在磁星的磁层中很活跃，这可能是它们信号中伽马射线缺乏的原因。本文研究了高磁化中子星的静态真空偶极磁层中这两个QED过程的偏振相关不透明度，计算了衰减长度，确定了逃逸能量，即光子在无限远透明时的最大能量。在平坦和弯曲的时空的数值轨迹积分分析提供了几兆电子伏或更少的可见能量的磁星接近恒星表面的地方的上限。光子分裂不透明度本身就限制了磁层中可能的发射区域：最大高度为2-4恒星半径的场环内区域与最大检测到的250千电子伏左右的能量不相称。这些限制不仅适用于磁星耀斑，但也对他们的静态硬X射线尾部发射。探索光子分裂衰减的背景下的共振逆康普顿散射模型的硬X射线尾巴得到独特的相位分辨光谱和极化签名，未来的MeV波段的任务，如AMEGO和e-ASTROGAM的重大利益。
2019-04-05 astro-ph.HE
Faraday conversion in pair-symmetric winds of magnetars and Fast Radio Bursts
我们考虑在成对对称磁星风的内部，靠近光柱的偏振传播。磁场中的成对等离子体是双折射的，是一种$\propto B^2$效应。因此，这样的等离子体就像相位延迟器一样工作：斯托克斯参数在庞加莱球上遵循圆形轨迹。在高磁化状态下，$ω, \, ω_p \ll ω_B$，相应的旋转速率与磁场无关。具有色散量度DM $\sim 10^{-6}$ pc cm $^{-3}$的等离子体屏可以引起大的偏振变化，包括大的有效旋转量度（RM）。（广义）RM的频率缩放，$ \propto λ^α$，模拟了具有小相移的$α=2$的常规RM，但是可以小到$α=1$。在解释观测时，极化参数的频率标度应独立拟合。该模型提供了以下解释：（i）在FRB中观察到的大圆偏振分量，具有左右切换;（ii）大RM，具有可能的符号变化;（iii）随时间变化的偏振。相对密集和缓慢的风是必要的-在规则的风中相应的影响很小。
2022-06-08 astro-ph.HE
Energy Loss of Newborn Magnetars by Schwinger Process
Institute for Basic Science（基础科学研究所）；Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术院）；Kunsan National University（群山国立大学）；ICRANet（国际相对论天体物理中心网络）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）；INAF（意大利国家天体物理研究所）
研究新生磁星中通过Schwinger过程的电子-正电子对产生，发现Schwinger通道在早期阶段主导电荷供应，导致初始旋转能快速释放，影响引力波损失，并关联新生毫秒磁星与成熟磁星群体。
2026-09-03 astro-ph.HE
Electromagnetic field solver for QED polarization in super-strong magnetic fields of magnetar and laser plasmas
本文提出了首个在Schwinger极限外有效的电磁场求解器，通过非线性Maxwell方程建模超强磁场中的QED真空极化，并验证了其对电磁波双折射效应的准确再现，可广泛应用于多种动理学模拟。
2025-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetars and the Chiral Plasma Instabilities
我们提出了一种可能的新机制，即手征等离子体不稳定性，它是由于电子手征不平衡引起的致密星强而稳定的磁场。在超新星核塌缩过程中，伴随着宇称破缺的弱过程，不可避免地会出现大的电子手征不平衡。我们估计，由于这种不稳定性的最大磁场的数量级为10^{18} G的核心。这种机制自然地从手征不对称性产生大的磁螺旋度，这确保了大磁场的稳定性。
2014-02-19 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Particle-in-cell simulations of the twisted magnetospheres of magnetars
磁星的磁层被认为充满了由放电产生的电子-正电子等离子体。我们提出了第一个直接的数值实验，显示如何创建等离子体在轴对称封闭磁层。$e^\pm$放电的发生是由于磁星表面的剪切变形导致磁场扭曲，从而向磁层发射电流。模拟显示了具有未屏蔽电场（$\mathbf{E}\cdot \mathbf{B}\neq 0$）的电“间隙”的形成，该电场沿着磁场线持续加速粒子并维持对的产生。加速电压自调节到$e^\pm$放电的阈值。它控制着能量释放的速率和磁扭曲的寿命。该模拟跟踪了全球扭曲磁层在很长一段时间内的演化，并展示了其逐渐的电阻解扭曲。一个真空腔在恒星附近形成并膨胀，逐渐擦除磁层电流$j$。活跃的j束随着时间的推移而收缩，它的足迹在磁星表面形成收缩的热点，这些热点被所产生的粒子轰击。
2016-10-31 astro-ph.HE
Fast radio bursts and their high-energy counterpart from magnetar magnetospheres
最近发现的银河系快速射电暴（FRB）与来自银河系磁星SGR J 1935 +2154的X射线暴（XRB）同时发生，这意味着至少有一些FRB来自磁星活动。我们认为FRB是由磁星的地壳破裂触发的，其爆发事件率取决于地壳中的磁场强度。由于极区地壳破裂速率相对较高，因此FRB更倾向于在多极磁极方向附近触发。地壳破裂产生阿尔文波，在磁层中形成一个电荷匮乏的区域，并导致非稳态对等离子体放电。FRB是由跨磁场线的非均匀对产生的相干等离子体辐射产生的。同时，FRB相关的XRB是由外部磁场线的快速弛豫产生的。在这张照片中，与FRB 200428相关的尖峰硬X射线分量来自相邻捕获火球之间的区域，其具有高截止能量的光谱归因于共振康普顿散射。持续的X射线辐射来自磁层活动加热的热点，其温度演化受磁星表面冷却的控制。在这幅图中，磁场较强的磁星往往会产生更明亮、更频繁的重复爆发。
2021-07-14 astro-ph.HE
The Evolution of High Temperature Plasma in Magnetar Magnetospheres and its Implications for Giant Flares
本文在星震模型的框架下，提出了一种描述巨耀斑初始尖峰的新机制。本文研究了磁星磁层中闭合磁通量管中等离子体在能量突然释放情况下的演化，并讨论了与观测到的巨耀斑的关系。我们在史瓦西几何中对相对论磁流体动力学进行了一维数值模拟。我们假设能量是由一个热的恒星表面包含随机扰动的横向速度的循环的足点注入。阿尔文波产生并向上传播，伴随着非常热的等离子体，这些等离子体也被非线性产生的压缩波持续加热。我们发现，火球区域的前缘在管的顶部与它们对称发射的对应物碰撞。这种碰撞导致能量释放，它可以描述巨耀斑初始尖峰的光变曲线。
2014-04-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Plasma modes in QED super-strong magnetic fields of magnetars and laser plasmas
Institute for Advanced Study, School for Natural Sciences, Princeton（普林斯顿高等研究院自然科学学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Kansas（堪萨斯大学物理与天文系）；Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院核科学实验室）
本文提出QED等离子体框架，研究强磁场下等离子体模式，揭示QED效应如何修改色散曲线及共振特性，为磁星和实验室实验提供理论支持。
2024-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Plasma Physics of Extreme Astrophysical Environments
某些类别的天体，即磁星和超新星和伽马射线暴的中心引擎，具有宇宙中其他地方没有遇到过的极端物理条件。特别是，它们拥有超过44太高斯临界量子场的磁场。要弄清楚这些复杂的超磁化系统如何工作，需要了解各种等离子体过程，包括小尺度动力学和大尺度磁流体动力学（MHD）。然而，超强磁场改变了基础物理，以至于许多相关的等离子体物理问题需要建立基于QED的相对论量子等离子体物理。在这篇综述中，在描述了感兴趣的极端天体物理系统，并确定了关键的相关等离子体物理问题，我们调查的最新进展，在这样一个理论的发展。我们讨论了超临界场如何改变真空和物质的性质，并概述了描述非相对论和相对论量子等离子体的基本理论框架。然后，我们转向天体物理学的应用相对论QED等离子体物理相关的磁星磁层和中央引擎的超新星和长GRB。具体来说，我们讨论了光通过磁星磁层的传播;大规模的磁流体动力学过程驱动磁星活动和伽玛射线暴喷气发射和传播;能量传输过程中的极端等离子体环境的热力学;微尺度动力学等离子体过程中的重要的相互作用，强烈的磁层电流与磁星的表面;和磁重联的超强磁场。最后，我们指出，未来的进展将需要发展的数值模拟能力。
2014-01-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Circular polarization of fast radio bursts by asymmetric erosion in longitudinally magnetized plasma
Institute for Fusion Theory and Simulation, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院聚变理论与模拟研究所）
研究通过粒子-细胞模拟揭示了磁星磁层中等离子体不对称侵蚀如何产生快速射电暴的圆偏振。
2025-07-12 astro-ph.HE
Modelling magnetars' high energy emission through Resonant Cyclotron Scattering
我们提出了一个系统的共振回旋散射（RCS）模型的X和软伽马射线数据的四个磁星，包括异常的X射线散射，和软伽马中继器。在这种情况下，在软X射线的非热磁星光谱的热磁层等离子体的热表面发射的共振回旋散射的结果。我们发现，这个模型可以成功地解释磁星的软X射线发射，而一个额外的组件仍然需要模拟最近发现的硬X射线持续磁星发射的INTEGRAL。后者是磁星亮度的重要组成部分，在对光谱的软X射线部分进行建模时不能忽视。
2009-02-27 astro-ph.HE
Activated Magnetospheres of Magnetars
像日冕一样，磁星的外部磁场会因恒星表面的运动而扭曲。扭转能量随时间消散。我们讨论了这一活动的理论和它的观测状况。(1)理论预测，磁层会以一种特殊的方式展开：一束电流（“j束”）形成一个尖锐的边界，朝着磁偶极子轴收缩。最近观测到的磁星上的收缩热点与这种行为是一致的。(2)持续的放电使j束充满了电子-正电子等离子体，在中子星周围维持着一个非热日冕。在几个恒星半径之外的日冕强烈地与恒星辐射相互作用，并形成具有高e+多重性的“辐射锁定”外流。锁定等离子体在闭合磁场线的顶点附近湮灭。(3)新的辐射传输模拟提出了一个简单的机制，可以塑造观测到的0.1 keV到1 MeV的X射线谱：中子星发射的部分热X射线被外日冕反射，然后被j束中的内部相对论外流向上散射，产生一束硬X射线。
2010-08-25 astro-ph.HE
Radiative Acceleration and X-ray Spectrum of Outflowing Pure Electron-Positron Pair Fireball in Magnetar Bursts
本文通过球对称相对论辐射流体力学与蒙特卡罗方法，研究磁星磁层中纯电子-正电子对火球沿磁力线的辐射加速和X射线谱，发现回旋共振散射可显著加速等离子体外流至洛伦兹因子超过100并展宽X射线谱，结果与银河系快速射电暴观测相符。
2025-03-13 astro-ph.HE
The Mysterious Magnetospheres of Magnetars
磁星是银河系中观测到的恒星质量范围内最明亮的致密天体，在银河系附近的三个软伽马中继站探测到了硬X射线功率约为10^45 erg/sec的巨型耀斑。磁星持续发射的周期性，以及独特的“自旋下降”延长这一周期，推动了强磁化中子星构成这些迷人来源的范例。稳定的X射线辐射包括热大气成分和磁层贡献，表现为硬X射线“尾巴”。“本文论述了与磁星稳定硬X射线发射有关的观测和理论要素，重点是磁星磁层中的耗散过程以及康普顿化和极化要素。它还讨论了光子分裂和磁对创建的奇异和基本QED机制的行动和可能的签名，并寻求其观测辩护。
2020-12-19 astro-ph.HE
The influence of magnetic field geometry on magnetars X-ray spectra
目前，对磁能中子星或磁星的X射线谱的分析是深入了解其内部和磁层中发生的物理过程的最有价值的工具之一。特别是，磁层等离子体通过来自恒星表面的热辐射的康普顿上散射，在观测到的X射线光谱上留下了强烈的印记。由于观测数据质量的提高，许多理论工作致力于开发蒙特卡罗（MC）代码，将共振康普顿散射的影响纳入光子通过磁层的辐射转移的建模。在这个模拟中的两个关键成分是动力学等离子体的属性和磁场（MF）的配置。MF几何预计是复杂的，但到目前为止，只有数学上简单的解决方案（自相似解决方案）已被采用。在这项工作中，我们讨论了新的，更现实的，MF几何合成光谱的影响。我们使用新的无力解决方案，在以前开发的MC代码，以评估MF的几何形状对新兴的光谱的影响。我们的主要结果是，最后的频谱的形状是最敏感的磁层等离子体的不确定参数，但MF的几何形状起着重要的作用的光谱的角度依赖性。
2011-11-17 astro-ph.HE
Resonant Inverse Compton Scattering and Hard X-ray Emission in Magnetar Magnetospheres
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
研究通过反斯托克斯散射机制解释磁星硬X射线发射，分析磁层等离子体密度变化及光学深度约束，提出赤道扭旋结构能解释NuSTAR观测结果。
2026-08-10 astro-ph.HE
Spectral Evidence of Heavy Nuclei from the Neutron Star Crust in Magnetar Bursts
Central China Normal University（华中师范大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过分析磁星爆发的X射线光谱，研究发现光谱特征支持重核参与其中，为中子星 crust 的成分和发射火球的位置提供了新的观测约束。
2026-08-03 astro-ph.HE
Magnetar-like X-ray bursts suppress pulsar radio emission
旋转动力中子星和磁星是中子星的两种不同的观测表现：旋转动力中子星是快速旋转的天体，大多数被观测为脉动射电源，而磁星是已知磁场最高的中子星，经常发射短持续时间的X射线爆发。在这里，我们报告的同时观测的高磁场射电脉冲星PSR J 1119 -6127在X射线，与XMM-牛顿和NuSTAR，并在无线电能量与帕克斯射电望远镜，在一个时期的磁星般的爆发。旋转供电的无线电发射与多个X射线爆发的发生同时关闭，并在约70秒的时间尺度上恢复。这些相关的射电和X射线现象的观测进一步巩固了射电暴和磁星之间的联系，并表明爆发中产生的成对等离子体可以破坏射电发射粒子的加速机制。
2017-10-10 astro-ph.HE
Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Giant Magnetar Bursts
University of Maryland（马里兰大学）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Physics Department and Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University（哥伦比亚大学物理系与哥伦比亚天体物理实验室）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Toronto（多伦多大学）；David A. Dunlap Department of Astronomy, University of Toronto（多伦多大学大卫·A·邓普尔天文学系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）；TAPIR, Mailcode 350-17, California Institute of Technology（加州理工学院 TAPIR (Mailcode 350-17)）
该研究通过相对论磁流体动力学模拟揭示了磁星巨型爆发中磁重联驱动的热喷流和热火球形成机制，并展示了等离子体团对快速射电暴模型的重要性。
2026-08-05 astro-ph.HE
Nonlinear Electromagnetic Waves in Magnetosphere of a Magnetar
计算了电磁波在磁星磁层中的传播。磁层被建模为QED真空和冷的，强磁化的等离子体。背景场和电磁波被非微扰地处理，并且可以是任意强的。这种技术对于研究传播波中的非线性效应特别有用。波通过这样的介质通常会形成冲击;另一方面，我们关注的是可能存在的波，没有演变的旅行。因此，为了研究非线性效应，我们做了一个行波分析，并数值研究了所得的波动方程。我们发现了一类解决方案，在一个均匀的等离子体，稳定对形成冲击，激发非正交分量表现出很强的非线性行为。这些波可能是近磁星和磁星能量传输过程的重要组成部分。
2010-11-10 astro-ph.HE hep-ph
Linear to circular conversion in the polarized radio emission of a magnetar
本研究在射电磁星XTE J1810−197中探测到线偏振-圆偏振随频率转换的现象，分析其相位范围与演化成因，构建模型并探究相关物理机制，还探讨了磁星与FRB前身星环境的潜在关联。
2024-04-14 astro-ph.HE
Impact of Resonant Compton Scattering on Magnetar X-Ray Polarization with QED Vacuum Resonance
School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；Center for Astrophysics and Planetary Science, Department of Astronomy, Cornell University（康奈尔大学天文学系天体物理学与行星科学中心）
本文提出一个半解析框架，通过结合QED真空共振和磁层中的共振康普顿散射，研究磁星软X射线偏振随能量的变化，发现磁扭结和等离子体漂移速度是控制RCS影响的关键参数，且强RCS可抹去真空共振引起的偏振角摆动。
2026-07-02 astro-ph.HE
Fast radio bursts from reconnection in magnetar magnetosphere
在一些快速射电暴中，已经报道了接近100%的线极化。这一发现严格限制了排放机制。我认为全极化辐射可能是在磁星外磁层的相对论性磁重联过程中产生的。磁星耀斑爆发时，大尺度的磁扰动形成磁脉冲，从耀斑中心向外传播。脉冲强烈压缩磁层等离子体并将其推开。当磁脉冲到达电流片时产生高频MHD波，电流片刚好在光圆柱之外分离出相反方向的磁场。磁岛在重新连接的电流片中的合并产生磁声波，磁声波在磁脉冲的顶部传播，并在风的远区逃逸为沿磁星旋转轴极化的无线电波。我估计参数的传出辐射，并表明，他们是兼容的FRB的观察到的属性。
2020-05-27 astro-ph.HE
Transparency of Fast Radio Burst Waves in Magnetar Magnetospheres
至少有一些快速射电暴（FRB）是由磁星产生的。尽管越来越多的观测证据指向FRB发射的磁层起源，但FRB产生的位置问题仍在争论之中。一个反对明亮的FRB起源于磁层的论点是，与FRB相关的无线电波可能在逃离磁层之前损失了大部分能量，因为在强磁场存在的情况下，$e^\pm$散射大振幅电磁波的横截面比汤普森横截面大得多。我们已经调查了这一建议，并发现，FRB辐射通过磁星的磁层的开放场线区域旅行不会遭受太大的损失，由于两个以前忽略的因素。首先，外磁层（$r \gta 10^9 \ $ cm）中的等离子体可能会以高洛伦兹因子$γ_p \geq 10^3$向外流动，而外磁层中的等离子体可能是损失最严重的地方。第二，在外磁层中，波矢量和磁场矢量之间的角度$θ_B$可能为0.1弧度或更小，部分原因是强烈的FRB脉冲使开放的磁场线倾斜，使得它们与脉冲传播方向对齐。这两种效应都大大减少了FRB脉冲与等离子体之间的相互作用。我们发现，一个明亮的FRB与各向同性的光度$L_{\rm frb} \gta 10^{42} \ {\rm erg \ s^{-1}}$可以逃脱磁层毫发无损的大部分的$γ_p-θ_B$参数空间，因此得出结论，在磁星磁层FRB的产生通过这个测试。
2022-10-04 astro-ph.HE
A parametric study of population inversions in relativistic plasmas through nonresonant interactions with Alfvén waves and their applications to Fast Radio Bursts
本研究通过参数化分析证明，阿尔文波与相对论等离子体的非共振相互作用可在宽参数范围内形成粒子数反转，并首次计算反转能量占比，表明该机制可产生GHz频率的快速射电暴信号并逃逸磁星环境。
2025-02-26 astro-ph.HE
Magnetar bursts due to Alfvén wave nonlinear breakout
磁星活动最常见的形式是短X射线爆发，持续时间从毫秒到秒，亮度范围从$10^{36}$到$10^{43}\ {\rm erg}\,{\rm s}^{-1}$。最近，来自银河系磁星SGR 1935+2154的X射线爆发被检测到与来自同一来源的两个类似快速射电暴（FRB）的事件重合，提供了FRB可能与磁星爆发有关的证据。使用完全三维无力电动力学模拟，我们表明，这样的磁星爆发可能产生的阿尔文波发射局部磁星地震：一个波包传播到外磁层，成为非线性，并逃离磁层，形成一个超相对论喷出物。喷出物推开磁层磁力线，在其后面产生电流片，在这些电流片处可能发生磁重联，导致等离子体重联和X射线发射。喷出物的角度大小可以是紧凑的，如果地震发射区很小，则为$\lesssim 1$ sr，$\lesssim 0.01$ sr在恒星表面。我们讨论的FRB和一致的X射线爆发SGR 1935+2154的影响。
2022-06-01 astro-ph.HE
Magnetar Eruptions and Electromagnetic Fireworks
本文提出磁星爆发全局模型，解释硬 X 射线耀发源于内磁层扭曲磁通量束的不稳定性，并阐明外磁层中耀发磁脉冲与电流片碰撞形成磁岛链从而产生 FRB 的机制。
2024-05-04 astro-ph.HE
Searching for Axion Dark Matter Near Relaxing Magnetars
本研究构建与磁星观测一致的电荷电流分布，重新评估轴子暗物质在磁星磁层中的共振信号，发现两种主要模型预测差异显著，并提出了区分磁星等离子体加载机制的观测特征。
2025-05-26 astro-ph.HE hep-ph
The initial evolution of millisecond magnetars: an analytical solution
毫秒磁星通常被认为是某些伽马射线暴（GRB）的中心引擎，特别是那些显示出平台阶段的GRB。我们认为，如果初生磁星的磁场处于一个短暂的快速衰减阶段，则可能无法实现明显的平台相。一些缺乏明显平台相的伽玛暴也可能是毫秒磁星的宿主。本文给出了描述同向旋转等离子体存在下中子星的角速度和自转与磁轴倾角演化的耦合方程组的近似解析解。我们还展示了如何解决方案可以推广到不断变化的磁场的情况下。通过贝叶斯分析，对GRB 091018、GRB 070318、GRB 080430、GRB 090618、GRB 110715A、GRB 140206A等6颗可能的磁星的自转周期、倾角、磁偶极矩和制动指数进行了拟合，通过使用我们最近的模型[Eschaummaz Muzen et al. 2019]获得X射线余辉光曲线。我们发现毫秒磁星形成后的第一天内，磁星倾角迅速对准，磁偶极场可能衰减几倍，制动指数变化一个数量级。
2020-05-30 astro-ph.HE
Model on pulsed GeV radiation from magnetars
本文讨论了磁星脉冲GeV γ射线辐射机制的一种可能方案。磁星已经显示出频繁的X射线爆发，这可能是由地壳断裂引发的，可以释放约10 ^{41 - 42}尔格的能量。如果磁场地壳破裂的位置靠近磁极，释放的部分能量可能激发出能传播到外磁层的Alfevn波。磁场的振荡感应出约10 ^{15}伏特的有效电位降，这可以在外磁层中将电子和/或正电子加速到约10 ^{7}的洛伦兹因子。外磁层的曲率辐射过程可以产生GeV的γ射线。如果辐射过程发生在离恒星表面r~5 × 10 ^7 cm的地方，则所发射的GeV γ射线可以与X射线和/或磁场一起从对产生过程中逃逸。GeV辐射的预期亮度为L_γ <10 ^{35} erg/s量级，辐射过程将持续数年的时间尺度。预期的脉冲轮廓具有宽的形状，有时具有尖锐的峰值。并将该模型应用于AXP 1E~2259 + 586.
2013-02-27 astro-ph.HE
Magnetar spin-down glitch clearing the way for FRB-like bursts and a pulsed radio episode
磁星是孤立中子星家族的一个特殊子集，其X射线和无线电发射主要由其巨大磁场的衰变提供动力。磁星的许多属性仍然知之甚少：自旋下降的故障或恒星角动量的突然减少，无线电爆发让人想起银河系外的快速射电暴（FRB），以及持续数月至数年的瞬态脉冲无线电发射。在这里，我们揭示了在2020年10月5日（+/- 1天）从磁星SGR~1935+2154探测到的大自旋下降故障事件（$|Δν/ν| = 5.8_{-1.6}^{+2.6}\times10^{-6}$）。我们没有发现源持续表面热或磁层X射线行为的变化，也没有强X射线爆发活动的证据。然而，在随后的几天里，磁星发射了三次类似FRB的无线电爆发，随后是一个月的脉冲无线电发射。鉴于磁星的自旋下降故障和无线电信号的罕见性，它们的近似同步性表明了一种关联，为它们的起源和触发机制提供了关键线索，并对更广泛的磁星和FRB种群产生了影响。我们假设，脉冲地壳等离子体脱落接近磁极产生的风，梳理出磁场线，迅速降低恒星的角动量，同时暂时改变磁层场的几何形状，以允许对沉淀无线电发射所需的创建。
2022-10-20 astro-ph.HE
Expanding Fireball in Magnetar Bursts and Fast Radio Bursts
中子星（NS）表面附近产生的辐射等离子体火球在自身压力下沿磁场线膨胀，产生光子发射和相对论物质外流。我们将膨胀火球演化分为五种情况，并考虑关键过程，得到光球光度和外流动能;从磁通量管逃逸的光子的横向扩散、强磁场的影响、来自NS表面的重子加载以及经由回旋共振散射的辐射加速，其中一些还没有在伽马射线暴的背景下考虑。将我们的模型应用到磁星爆发与快速射电暴（FRB），特别是与银河系FRB 20200428 A相关的SGR 1935+2154的X射线短爆发，我们表明，爆发辐射可以加速外流到高洛伦兹因子，并有足够的能量为FRB提供动力。
2023-01-17 astro-ph.HE
X-ray Polarisation in Magnetar Atmospheres -- Effects of Mode Conversion
本文通过构建磁星大气模型，研究真空共振处模式转换对X射线偏振的影响，揭示主导偏振模式切换和偏振度变化的规律，并评估IXPE及未来软X射线偏振仪对QED特征的观测能力。
2024-01-15 astro-ph.HE
Emission of magnetar bursts and precursors of neutron star mergers
磁星爆发可以由外磁层中的阿尔文波增长到非线性振幅$δB/B\sim 1$并触发磁重联而发射。类似的磁闪应该准周期性地发生在一颗接近合并的磁化中子星双星中。在这两种情况下，磁耀斑的快速耗散产生了光学厚度的$e^\pm$等离子体，其热容量与产生的辐射能量相比可以忽略不计。磁耗散则涉及光子粘性，并通过康普顿阻力作用于重联区域中的等离子体体运动。由此产生的康普顿化过程的有效温度是自我调节到几十keV。所产生的X射线发射是使用时间相关的辐射转移模拟计算的，该模拟遵循$e^\pm$对的创建以及光子的产生、康普顿化和逃逸。模拟结果显示了耗散区如何被涂上$e^\pm$涂层，以及逃逸光谱如何通过涂层的辐射转移形成。结果与观测到的磁星爆发，包括最近的活动SGR 1935+2154伴随着快速射电暴。预测了磁化中子星合并的X射线前兆。
2021-07-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Electromagnetic fireworks: Fast radio bursts from rapid reconnection in the compressed magnetar wind
产生快速射电暴（FRB）的一种情况是磁星风电流片中的磁重联。在磁星耀斑产生的强磁脉冲的压缩下，电流片分裂成自相似的磁岛链。在它们的分层聚结过程中，在它们的界面处的随时间变化的等离子体电流产生相干辐射。我们研究这种情况下，使用二维辐射相对论粒子在细胞模拟计算效率的相干发射，并获得频率定标。与预期一致的是，一小部分重新连接的磁场能量，$f\sim 0.002$，被转换为高频快磁声波包，可以从磁星风中逃逸为无线电发射。在协议与分析估计，我们发现，磁脉冲的$10^{47}\text{erg}\;\text{s}^{-1}$可以触发相对窄带GHz的发光度约为$10^{42}\text{erg}\;\text{s}^{-1}$，足以解释明亮的河外FRB。该机制为突发信号的向下频率漂移以及最近在FRB 20200120 E中检测到的$\sim 100\;\text{ns}$子结构提供了自然的解释。
2022-06-17 astro-ph.HE
On the mechanism of hard X-ray emission from magnetars
磁星的持续活动与持续向磁层注入相对论粒子的放电有关。磁星周围的大型活跃磁环必须充满流出的粒子，这些粒子通过共振散射与辐射相互作用并产生电子-正电子对。流出的能量被处理成大量的e+-，直到等离子体进入环路的外部，那里的磁场降低到10^13 G以下。在外区，流出物散射的光子不会转化为e+-对，流出物会将其能量辐射出去。逃逸的辐射在磁星光谱中形成一个明显的硬X射线峰。它具有以下特点：（1）它的光度L=10^35-10^36 erg/s，很容易超过磁星表面的热光度。(2)它的光谱从10 keV延伸到MeV波段，具有硬光谱斜率，这取决于物体对视线的倾斜度。(3)各向异性的硬X射线发射在磁星自旋时表现出强烈的脉动。(4)发射光谱典型地在1 MeV附近达到峰值，但是峰值位置随着自旋周期显著振荡。(5)在低于1 MeV的光子能量下，发射由异常偏振模式主导。(6)减速的电子对在磁环的顶部积累和湮灭，发射出511 keV的线，亮度L_ann \sim 0.1L。特征（1）-（3）与现有数据一致;（4）-（6）可以通过未来的观察进行检验。
2012-08-29 astro-ph.HE
Are fast radio bursts the birthmark of magnetars?
本文提出了一个快速射电暴模型，它以满足$B/P > 2 \times 10^{16}$ ~G $^{-1}$（1~G = 1~statvolt~cm $^{-1}$）的年轻短周期河外磁星为源。当这种类星体表面电场的平行分量$\bE_\parallel$（在真空磁层的情况下）接近临界场$E_c = m_e^2 c^3/(e\hbar)$的5 \%时，场可以容易地通过Schwinger机制衰减成电子-正电子对，其反反应导致$\bE_\parallel$在小于火花隙发展的特征时间尺度上振荡。因此，在这种情况下，脉冲星磁层的开放场线区域由Schwinger对控制，它们的大创建和加速率使逃逸对能够直接从极冠相干发射无线电波。大部分能量以相干辐射最高的频率$\lesssim 1$ ~GHz发射，其速率足以使磁星在几个$\times 10^{-3}$ ~s的时间尺度$\ap$上显著地失去自旋，$\times 10^{-3}$ ~s是快速射电暴的持续时间。然而，由于年轻磁星的星周环境，$\lesssim 1$ ~GHz辐射很可能被上覆物质吸收或反射。结果表明，$\ap 1$ ~GHz及以上的剩余（可观测）频率的亮度与典型的快速射电暴相当。除非有某种加速旋转的机制可以用来恢复触发施温格机制的原始高旋转速率，否则快速射电暴不会在同一颗磁星中再次重复。
2016-11-09 astro-ph.HE
A Log-Uniform Initial Magnetic Field Distribution Explains Pulsar and Magnetar Populations through Magnetic Inclination Alignment
The University of Tokyo（东京大学）；The Open University of Israel（以色列开卷大学）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）
通过分析磁倾角对齐时间尺度与磁场强度的关系，证明脉冲星与磁星观测磁场分布差异可由磁倾角对齐自然解释，并重建初始磁场分布为对数均匀分布。
2026-06-18 astro-ph.HE
Phase-resolved X-ray spectra of magnetars and the coronal outflow model
我们测试了最近提出的磁星持续硬X射线发射模型。在这个模型中，硬X射线是由闭合磁层中的电子-正电子流减速产生的。当它通过软X射线的共振散射辐射其能量时，流动减速，然后到达磁环的顶部并在那里湮灭。我们测试了三个磁星的观测模型：4U 0142+61，1 RXS J1708-4009和1 E 1841-045。我们发现，该模型成功地拟合所观察到的相位分辨光谱。我们推导出的中子星的旋转轴和磁轴之间的角度，对象倾斜的视线，和充满等离子体流的活动扭曲区域的大小的限制。利用磁星光谱的硬X射线分量的拟合，我们重新审视了剩余的软X射线分量。我们发现这可以用一个修正的双温黑体模型来解释。较热的黑体与覆盖中子星表面1-10%的热点一致。这样一个热点预计在磁层e+流出的底部，因为e+放电中产生的一些粒子回流并轰击恒星表面。
2014-01-15 astro-ph.HE
Ambipolar diffusion velocity and magnetic field evolution in magnetar core: Generalised theoretical approach
本文提出一种广义磁流体动力学方法，用双极速度方程描述磁陀星核心带电粒子在磁场中的动力学，以解释磁场衰减及磁陀星活动。
2023-09-29 astro-ph.HE hep-ph
Topics in microphysics of relativistic plasmas
天体物理等离子体的参数可能与研究较多的实验室和空间等离子体有很大的不同。特别地，磁场可以是等离子体的主要成分，其能量密度超过粒子静止质量能量密度。磁场决定了等离子体的动力学演化、能量耗散和非热粒子的加速。最近的数据来自天体物理学的高能量任务，如磁星爆发和蟹状星云耀斑，指出磁重联的重要性，在这些对象。在这篇评论中，我们概述了一个广泛的问题，在磁主导的相对论等离子体的天体物理相关的过程。讨论了相对论等离子体的大尺度动力学、相对论重联和重联层粒子加速、力-费等离子体中的湍流级联等问题。一些天体物理应用也进行了讨论。
2013-05-16 astro-ph.HE
Magnetar Signature - The U Curve
这项工作着眼于磁星的一些明确的签名，特别是在两个模型中伴随着X射线辐射下降的周期关闭。我们回顾了以前的一些工作，这是众所周知的发电机模型的基础上，在该模型中，恒星诞生的时间为几毫秒，在高温下。在这种对流状态下，发电机机制可以将磁场放大到磁星值。这与屏蔽核模型相反，屏蔽核模型假定磁星的内核中发生高密度相变，其动态排列所有中子磁矩，在内核中产生大磁场。伴随的通量变化在周围的高电导率等离子体中产生屏蔽或屏蔽电流，其不允许场离开到表面。然后双极扩散将磁场传输到地壳，以中微子和X射线的形式耗散能量。上涌场使地壳裂开，产生耀斑和地壳欧姆耗散产生的X射线辐射，直到屏蔽电流耗尽，地表极场达到最终值。在发电机模型中，极性磁场随时间减小，而在我们的屏蔽模型中，它增加到它的最终值。结果是，在后一个模型中，作为时间和周期的函数，偶极辐射损失$\dot E$与X射线光度$ L_X$的比率是一条“U”曲线，表明正是$L_X$的指数下降，使磁星观测到的周期结束。
2018-05-24 astro-ph.HE
1D PIC Simulations of Resonant Scattering-Driven Pair Cascades in Magnetar Magnetospheres
Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Stanford University（斯坦福大学）；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）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理中心）
该研究通过一维PIC模拟揭示共振逆康普顿散射驱动的对级联在磁星磁层中形成单半球加速间隙，导致不对称硬X射线产生，为相位分辨光谱提供预测。
2026-09-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Rapid Spectral Variability of a Giant Flare from a Magnetar in NGC 253
磁星是一种具有极强磁场（$10^{13-15}$ G）的缓慢旋转中子星，间歇性地发出$\sim100$ ms长的X射线暴，能量为$\sim10^{40-41}$ erg。它们很少会产生非常明亮、充满能量的巨型耀斑，开始时是短暂的（$\sim0.2$ s）、强烈的闪光，然后是由磁星自旋周期（通常为2-12 s）调制的较暗、持续时间较长的发射，从而确认它们的起源。在过去的40年里，只有三个这样的耀斑已经观察到在我们的本地组;他们都遭受了仪器饱和，由于其极端的强度。有人提出，河外巨耀斑可能是短伽马射线暴的一个子集，注意到目前仪器的灵敏度使我们无法探测到脉动尾，而最初的明亮闪光在$\sim 10-20$ Mpc的距离外很容易观测到。在这里，我们报告的X射线和伽马射线观测的GRB 200415 A，它具有快速的发病，非常快的时间变化，平坦的光谱和显着的亚毫秒光谱演化。这些属性与预期的来自河外磁星的巨大耀斑非常匹配，注意到GRB 200415 A与NGC 253（$\sim$ 3.5 Mpc）有方向性联系。$\sim3$ MeV光子的探测为发射等离子体的相对论运动提供了明确的证据。观测到的快速光谱演化可以自然地由旋转磁星中快速移动的气体发出的辐射产生。
2021-01-13 astro-ph.HE
The life cycle of magnetars: a novel approach to estimate their ages
异常X射线源和软伽马重复源是缓慢旋转、年轻和孤立的中子星，表现出零星的爆发和高X射线静态光度。据信，它们是由与“磁星”有关的超强磁场$B\sim10^{14}-10^{15}$ G提供动力的。在SGR 0418+5729的特殊情况下，定时参数意味着$6.1\times10^{12}$ G的偶极$B$ -场。这一发现挑战了传统的磁星$B$ -磁场强度、演化阶段和年龄的概念。在这里，我们提供了一种新的方法来估计磁星的年龄，考虑自洽的时间演化的等离子体填充的斜脉冲星与国家的最先进的磁层粒子加速间隙。磁星的旋转周期随着时间的推移而增加，这是由于引力波辐射、磁偶极子辐射和粒子风提取角动量。这些扭矩也改变了磁轴和旋转轴之间的夹角。对于SGR 0418+5729，我们获得了$1.0\times10^{14}$ G的偶极$B$ -场和$\sim18$ kyr的实际年龄，与磁星范例一致。
2021-04-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spin paramagnetic deformation of a neutron star
对磁流体力平衡方程的量子力学修正，源自量子等离子体的微观薛定谔-泡利理论，修正了平衡结构，从而修正了中子星的质量四极矩。它示出在这里的主导效应--自旋顺磁性--是最显着的磁星，其中一个典型的有$μ_{B}|\boldsymbol{B}|\gtrsim k_B T_e$，其中$μ_{B}$是玻尔磁子，$\boldsymbol{B}$是磁场，和$T_e$是电子温度。非正压磁星的自旋顺磁形变与链接极-环磁场的计算是高达${\sim 10}$倍以上的变形所造成的单独的洛伦兹力。它取决于传导电子的泡利阻挡程度和形成磁畴的倾向，这些过程在磁星场强度下是不完全模拟的。随着环向场分量的增强，恒星变得更扁。这一结果意味着，现有的经典预测低估了出生时快速旋转的磁星发出的引力波信号的最大强度。反过来说，未来灵敏度越来越高的引力波上限将对泡利阻塞和磁星条件下磁畴形成的物理学产生越来越严格的约束。
2015-11-19 astro-ph.HE
FRB Coherent Emission from Decay of Alfven Waves
我们提出了一个模型FRB的大振幅阿尔芬波包发射的磁星表面附近的扰动，和波能量的相当大的一部分被转换为相干的无线电波在几十个中子星半径的距离。磁星表面的波振幅大约为1011 G，以便产生各向同性光度为10 $^{44}$ erg s $^{-1}$的FRB。具有非零分量的横波矢量的阿尔芬波需要沿静磁场的电流。电流是由逆流的电子-正电子对提供的，当等离子体密度随着离磁星表面的距离而减小时，这些电子-正电子对必须以接近光速的速度在更大的半径上移动。逆流对受到双流不稳定性，这导致形成大小为$c/ω_p$的粒子束;其中$ω_p$是等离子体频率。当波包到达某个半径时，一个强电场沿着静磁场发展，在该半径处，电子-正电子密度不足以提供波所需的电流。电场使粒子束沿弯曲的磁场线加速，产生相干FRB辐射。我们提供了一些这个模型的预测。
2020-04-01 astro-ph.HE
The synchrotron maser emission from relativistic shocks in Fast Radio Bursts: 1D PIC simulations of cold pair plasmas
快速射电暴（FRB）的发射过程至今仍不清楚。我们研究磁星风中相对论激波的同步脉泽发射是否可以解释所观察到的FRB特性。我们进行粒子在细胞（PIC）模拟冷对等离子体中的垂直冲击，检查我们的结果之间的一致性三个PIC代码。我们确认，一个线性偏振的X-模式波是自洽产生的冲击和传播上游作为前驱波。我们发现，在磁化$σ\gtrsim 1$（即，波印廷通量与预激波流的粒子能通量的比率），激波将总入射能量的一部分$f_ξ' \approx 7 \times 10^{-4}/σ^2$转换成前驱波，如在激波系中测量的。波谱为窄带（分数宽度$\lesssim 1-3$），具有明显但不占主导地位的线状特征，因为许多共振同时起作用。在预激波（观测者）坐标系中的峰值频率是$ω^{\prime \prime}_{\rm peak} \approx 3 γ_{\rm s | u} ω_{\rm p}$，其中$γ_{\rm s|u}$是上游坐标系中的激波洛伦兹因子，$ω_{\rm p}$是等离子体频率。在$σ\gtrsim1$中，我们估计的$ω''_{\rm peak}$与以前的工作不同，激波结构呈现出由腔分离的两个孤子，峰值频率对应于腔的本征模。我们的研究结果提供了物理接地输入FRB发射模型内的磁星的情况。
2019-03-04 astro-ph.HE
