Chaos-induced resistivity in different magnetic configurations
人们普遍认为，磁重联在空间和天体物理等离子体的各种爆发现象中起着重要作用。然而，异常电阻率的形成机制一直是一个悬而未决的问题。Yoshida（1998）提出的混沌电阻率是电阻率异常的可能机制之一。利用测试粒子模拟方法研究了不同重联磁场位形下的混沌感生电阻率及其在重联电流片不同混沌区的分布。结果表明，在X型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高6-7个数量级，在O型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高5个数量级。此外，在X型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率比未磁化情况下的混沌感生电阻率高2 ~ 3倍，而在O型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率接近或低于未磁化情况下的混沌感生电阻率。本文的工作有助于了解重联电流片的动力学，特别是无碰撞重联区异常电阻率的产生机制。
2020-09-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Comparison of magnetic diffusion and reconnection in ideal and resistive relativistic magnetohydrodynamics, ideal magnetodynamics, and resistive force-free electrodynamics
本研究比较四种物理模型的磁扩散与重联特性，发现理想模型数值电阻率难复现显式电阻关键特征，明确了不同模型在磁衰减、重联率标度及结构上的差异，为高能天体模拟模型选择提供依据。
2025-09-24 astro-ph.HE
Reconnection and particle acceleration in interacting flux ropes -- II. 3D effects on test particles in magnetically dominated plasmas
我们分析了磁主导的质子-电子等离子体中爆炸性重联事件的粒子加速。重联是由相互作用的载流磁通管中的大规模磁应力驱动的。我们的模型依赖于宏观尺度上电流驱动的不稳定性的发展。这些倾斜扭结不稳定性是在排斥电流通道的最初无力平衡中发展的。使用MHD方法，我们研究了一个三维模型的排斥和相互作用的通量管中，我们同时进化的测试粒子，从MHD获得的电磁场引导。我们确定两个阶段的粒子加速;最初粒子加速电流通道，之后的通量绳开始倾斜和扭结和粒子加速由于在等离子体中的重连过程。爆炸阶段的重联产生非热能分布的斜率取决于等离子体电阻率和粒子的初始速度。我们还讨论了磁通绳长度对粒子加速度和能量分布的影响。这项研究将以前的2.5D结果扩展到3D设置，提供了模拟现实场景所需的所有成分，如太阳耀斑，黑洞耀斑和脉冲星风星云中的粒子加速：形成强电阻电场，爆炸性重连和非热粒子分布。通过假设电子和质子之间的初始能量均分，应用低电阻率根据太阳日冕条件和限制的磁通绳长度的一小部分的太阳半径，我们得到现实的能量分布太阳耀斑与非热功率法尾巴和最大电子能量高达11兆电子伏和最大质子能量高达1 GeV。
2019-02-06 astro-ph.HE
Two-Fluid Magnetohydrodynamic Simulations of Relativistic Magnetic Reconnection
利用相对论双流体磁流体动力学（MHD）程序研究了正负电子对等离子体中相对论磁重联的大尺度演化。我们引入种间摩擦力作为有效电阻率来耗散磁场。我们证明了磁重联在我们的双流体系统中成功地发生，并在后期涉及Petschek型分叉电流层。我们进一步观察到一个准稳态的演化由于一个开放的边界条件，并发现Petschek型结构是稳定的，在很长的时间内。模拟结果和理论分析表明，Petschek流出通道变窄时，重联流入包含更多的磁能，如前所述。同时，我们发现在极端情况下重连率上升到~1，这比以前认为的要快。的电阻率的作用，影响重联模型中的磁主导的限制，和相关的动力学重联工作进行了讨论。
2009-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Explosive reconnection of double tearing modes in relativistic plasmas: application to the Crab flares
利用电阻性相对论磁流体动力学（RRMHD）方法研究了双撕裂模（DTM）中的磁重联。本文考虑了二维直角坐标系中线性不稳定的双流片系统。对于足够大的纵向波长的初始扰动，一个快速的重联事件触发的二次不稳定性，结构驱动的非线性演化的磁岛。后者的重联阶段和时间尺度似乎弱依赖于等离子体的电阻率和磁化参数。我们讨论了这种爆炸性重联动力学的可能作用，以解释在蟹状星云脉冲星观测到的MeV耀斑。实际上，时间尺度和临界最小波长分别对条纹风的洛伦兹因子和发射区的位置给出了限制。
2013-08-05 astro-ph.HE
Thermal-inertial effects on magnetic reconnection in relativistic pair plasmas
研究了考虑磁流体热性质和惯性性质的相对论对等离子体中的磁重联过程。我们发现，在Sweet-Parker和Petschek相对论的情况下，由于热惯性效应，都有一个增加的重联率，都满足因果关系。为了表征新的影响，我们定义了一个热惯性数，这是独立的相对论性的Lundquist数，这意味着重连可以实现，即使是消失的电阻率作为唯一的热惯性效应的结果。目前的模型对于相对论性无碰撞重联具有根本的重要性，因为它构成了获得重联速率的最简单的方法，比仅用电阻率获得的重联速率更快。
2014-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
3D Turbulent Reconnection: Theory, Tests and Astrophysical Implications
磁重联是磁场中的拓扑变化，是磁化等离子体中的一个基本过程。它与磁场湮灭区域的能量释放有关，但这只是这一过程的一个方面。天体物理流动通常具有非常大的雷诺数，并且预计是湍流，与观测结果一致。在强湍流中，磁力线在各个尺度上不断地重联，使磁重联成为湍流级联的一个内在组成部分。我们注意到，这是不一致的，把磁力线作为持久的动力学元素的通常做法。从Lazarian & Vishniac（1999）开始的许多理论、数值和观测研究表明，三维湍流使磁重联快速，这两个过程是内在联系的。我们讨论了在湍流存在下磁通量冻结的教科书概念的戏剧性违反，并证明了在湍流存在下的等离子体效应是次要的湍流就磁重联而言。这证明了在比相关等离子体尺度大得多的尺度上对磁重联进行类似MHD的处理是合理的。我们讨论了支持湍流重联模型的数值和观测证据。特别是，我们发现，撕裂重联被抑制在3D和，不像2D的情况下，3D重联诱导湍流，使重联独立的电阻率。我们表明，湍流重联显着影响关键的天体物理过程，例如，恒星形成，湍流发电机，宇宙射线加速。我们提供了批评的概念“重联介导的湍流”，并解释为什么湍流重联是非常不同的增强湍流电阻率和高电阻率，以及为什么后者有致命的概念缺陷。
2020-01-03 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic field evolution and reconnection in low resistivity plasmas
本文从拓扑、能量和螺旋度三方面分析低电阻率等离子体中的磁场演化，揭示混沌主导拓扑演化但不直接耗散能量，并阐明螺旋度在管状场线中的积累与爆发机制。
2023-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scaling Law of Relativistic Sweet-Parker Type Magnetic Reconnection
采用相对论电阻磁流体动力学（RRMHD）方法研究了相对论Sweet-Parker型磁重联。作为初始设置，我们假设反平行磁场和空间均匀的电阻率。施加在磁场上的扰动触发电流片周围的磁重联，等离子体流入重联区域。然后，由于扩散区的欧姆耗散，流入被加热，并最终成为相对论热流出。流出物没有被加速到超相对论速度（即，洛伦兹因子~ 1），即使在流入区域中磁能占主导地位的热和静止质量能量。在重联过程中，流入区的大部分磁能被转化为流出区的热能。在扩散区中从磁能到热能的能量转换导致等离子体惯性的增加。这防止了外流被加速到超相对论速度。我们发现重联率R服从标度关系R S^{-0.5}，其中S是Lundquist数。这一特性与非相对论性重联的特性相同。我们的结果与Lyubarsky（2005）对Sweet-Parker型磁重联的理论预测一致。
2011-08-19 astro-ph.HE
Theory and Applications of Non-Relativistic and Relativistic Turbulent Reconnection
由于雷诺数极高，现实的天体物理环境是湍流的。因此，描述天体物理重联的重联理论不应忽略湍流对磁重联的影响。湍流是众所周知的改变许多物理过程的性质显着，在这篇评论中，我们声称，磁重联是不是一个例外。我们强调，不仅天体物理学上的湍流是普遍存在的，而且磁重联本身也会引起湍流。因此，在任何现实的天体物理重联设置中，都必须考虑湍流。我们认为，由于MHD湍流在相对论和非相对论的情况下的相似性的磁重联理论的非相对论的情况下，可以扩展到相对论的情况下，我们提供的数值模拟支持这一猜想。我们还提供了定量的理论预测和数值实验结果的比较，包括湍流重联是自驱动的情况下，即在系统中的湍流是由重联过程本身产生的。我们展示了如何湍流重联需要违反磁通量冻结，这一结论，有真正深远的影响，许多现实的湍流天体物理环境。此外，我们考虑湍流重联的观测测试以及理论的许多影响。前者包括太阳和太阳风的重联，后者包括湍流重联引起的重联扩散过程、高能粒子的加速、与黑洞源有关的湍流重联爆发以及伽马射线暴。最后，我们解释了为什么湍流重联不能解释的湍流电阻率或通过平均场的方法。
2015-12-09 astro-ph.HE
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
Particle Acceleration in Turbulence and Weakly Stochastic Reconnection
快粒子在天体物理环境中通过各种过程被加速。重联点的加速度近年来引起了研究者的关注。本文分析了在不同磁重联组态的三维磁流体动力学（MHD）模拟中注入的测试粒子的能量分布演化。当考虑单个Sweet-Parker拓扑时，粒子主要通过一阶费米过程加速，如先前的工作（de Gouveia Dal Pino & Lazarian，2005）所预测的，并在Kowal，de Gouveia Dal Pino & Lazarian（2011）中进行了数值演示。当湍流包括在电流片，加速率，这取决于重联率，是非常增强。这是因为在湍流存在下的重连变得快速并且与电阻率无关（Lazarian & Vishniac，1999; Kowal等人，2009）并允许形成填充有多个同时重连的磁通量的厚体积。被困在这个体积内的带电粒子遭受几个迎面散射与收缩的磁波动，这显着增加了加速率，并在一阶费米过程的结果。为了进行比较，我们还测试了MHD湍流中的加速，在这种湍流中，粒子受到接近和后退的磁不规则性的碰撞，导致加速率降低。我们认为，在这种情况下，占主导地位的加速机制接近二阶费米过程。
2012-02-23 astro-ph.HE
Gravitational electromotive force in magnetic reconnection around Schwarzschild black holes
通过保留双流体效应的广义相对论磁流体动力学模型，分析了引力电动势对Schwarzschild黑洞周围磁重联的影响.结果表明，引力电动势可以耦合到无碰撞的两流体效应，驱动磁重联。这是允许的偏离准中性弯曲的时空，这是明确表现为一个有效电阻率的出现在欧姆定律。偏离准中性是由于电流层的不同部分所经历的不同引力。由于纯粹的引力效应，这就提高了侦察率。
2019-03-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Astrophysical Reconnection and Particle Acceleration
天体物理重联发生在湍流介质中。在大多数情况下，湍流是预先存在的，而不是由重连本身引起的。Lazarian & Vishniac（1999）的磁重联模型预测，在湍流存在的情况下，重联变得很快，即它与电阻率无关，但取决于湍流的水平。磁重联通过从重联区域的湍流流出将能量注入到等离子体中，并且这种流出可以增强湍流水平，从而产生重联的爆发。如Gouveia dal Pino & Lazarian（2005）中所讨论的，在湍流存在下的磁重联可以通过一阶费米机制加速高能粒子。讨论了湍流重联中粒子加速的新的数值结果，并将湍流重联产生的加速与湍流介质中高能粒子的加速进行了比较。
2012-02-07 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Reconnection in Turbulent Plasmas and Gamma Ray Bursts
讨论了Lazarian & Vishniac 1999提出的湍流存在下的磁重联模型如何使重联率与电阻率或微观等离子体效应无关，而完全由湍流引起的磁场线漂移决定。我们解释说，该模型占快速和缓慢的制度的重联，这种属性自然会引起耀斑的重联在低β等离子体环境。此外，我们表明，该模型涉及体积重联，可以转换成高能粒子的能量的相当一部分。重要的是，重联诱导一阶费米型的有效加速。最后，我们将重联的性质与观测到的伽马射线暴的性质联系起来，并提供证据支持基于重联释放能量的伽马射线暴的解释。
2013-02-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The role of fast magnetic reconnection on the radio and gamma-ray emission from the nuclear regions of microquasars and low luminosity AGNs
快速磁重联事件可能是微类星体和活动星系核核心区的一种非常强大的机制。在早期的工作中，有人提出，从内吸积盘区升起的磁场线与锚定在中心黑洞中的磁场线之间的快速重联事件所释放的能量可以加速相对论粒子，并产生观测到的微类星体和低光度活动星系核（LLAGN）的射电辐射。此外，有人提出，观测到的无线电发射和这些源的质量之间的相关性，跨越质量的$10^{10}$数量级，可能与这个过程有关。在目前的工作中，我们重新审视这个模型比较两种不同的快速磁重联机制，即，快速重联驱动的异常电阻率（AR）和湍流（如Lazarian和Vishiniac 1999年所述）。我们将上述情况应用于更大样本的源（也包括耀变体和伽马射线暴-GRB），发现LLAGN和微类星体确实证实了上述趋势。此外，当受到湍流驱动时，不仅它们的射电，而且它们的伽马射线发射也可能是由于快速重联释放的磁功率，这可能会在这些源的核心区域将粒子加速到相对论速度。因此，被动驱动的快速重联模型能够更好地再现观测到的发射比AR模型。另一方面，耀变体和伽玛暴的辐射并不遵循与LLAGN和微类星体相同的趋势，这表明在这些情况下，射电和伽马射线辐射是由另一群相对论粒子沿着喷流进一步产生的。
2015-02-05 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
Electron and Proton Acceleration in Trans-Relativistic Magnetic Reconnection: Dependence on Plasma Beta and Magnetization
通过磁重联的非热电子加速被认为在为黑洞周围辐射效率低的吸积流的可变X射线发射提供动力方面起着重要作用。在这种流动中经常遇到磁重联的反相对论区域，其中磁化强度$σ$（定义为磁能密度与焓密度的比值）为$\sim 1$。通过一个大的二维粒子模拟套件，我们调查的电子和质子加速的trans-relativistic制度。我们专注于电子能谱对$σ$和质子$β$的依赖性（即，质子热压力与磁压力之比）。我们发现，在重联区的电子谱是非热的，一般可以模拟为幂律。在$β\lesssim 3 \times 10^{-3}$处，斜率$p$与$β$无关，并且随着$σ$的增加而变硬为$p\simeq 1.8 +0.7/\sqrtσ$。电子主要由X点处的非理想电场加速，所述非理想电场在初始电流层中或在合并磁岛之间产生的电流片中。在较高的$β$值，电子幂律陡峭的所有值的$σ$。当$β$的值接近$β_{\rm max}\approx1/4σ$时，当电子和质子在重联之前都是相对热的时，这两种物质的光谱在高能量下显示出额外的成分，包含百分之几的粒子。这些粒子通过在重联流出物和静止的磁岛之间弹跳而通过类似费米的过程被加速。我们提供了一个经验处方的幂律斜率和加速效率的依赖$β$和$σ$，可用于全球模拟的无碰撞吸积盘。
2018-03-15 astro-ph.HE
The role of electron heating physics in images and variability of the Galactic Centre black hole Sagittarius A*
银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）周围的吸积流预计具有不同于离子温度的电子温度，这是由于低密度等离子体中的弱库仑耦合。我们提出了四个两个温度的广义相对论辐射磁流体动力学（GRRMHD）模拟的Sgr A* 与代码KORAL进行。这些模拟使用不同的电子加热处方，由不同的模型的基础等离子体微观物理的动机。我们比较了Landau阻尼湍流级联模型在以前的工作中使用的一个新的处方，我们介绍的基础上的粒子在细胞模拟的结果磁重联。与湍流加热模型，电子被优先加热的极性流出，而与重联模型电子被加热的吸积流中几乎相同的分数无处不在。两个模型的光谱在亚毫米同步辐射峰附近是相似的，但是由磁重联加热的模型产生的变化与从Sgr A* 观察到的水平更一致。所有模型产生的230~GHz的图像与清晰的黑洞阴影，这是一致的图像尺寸测量的事件视界望远镜，但只有湍流加热产生各向异性的“盘喷流”结构，其中的图像是占主导地位的极性流出或喷流频率低于同步峰值。我们的模型都不能再现观测到的射电光谱斜率，大的近红外和X射线耀斑，或近红外光谱指数，所有这些都表明需要非热电子来充分解释Sgr A* 的发射。
2018-05-29 astro-ph.HE
Magnetospheric Accretion and Ejection of Matter in Resistive Magnetohydrodynamic Simulations
本文通过二维轴对称电阻性MHD模拟，首次发现纯电阻性磁层中可产生由压力梯度与磁力驱动、伴随边界层磁重联的准稳态快速微抛射，其质量通量随磁场强度和恒星自转率增大而增大，与盘冕密度比及电阻率大小无关。
2013-02-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical simulations of relativistic magnetic reconnection with Galerkin methods
我们给出了相对论性磁重联的二维磁流体动力学数值模拟结果，特别强调了具有高Lundquist数S ~ 10^5-10^8的Petschek型组态的动力学。所采用的数值方案基于Dumbser & Zanotti（2009）最近提出的高阶有限体积和间断Galerkin方法，为此类计算提供了前所未有的精度。通过研究不同磁化强度和电阻率制度对动力学的影响，讨论了产生高洛伦兹因子的可能性。我们表明，洛伦兹因子接近4可以产生等离子体磁化参数σ =20。此外，我们还发现Sweet-Parker层是不稳定的，会产生次级磁岛，但只在S>S_c~10^8时才会出现，比牛顿体系中报道的要大得多。
2011-09-04 astro-ph.HE gr-qc
Two-fluid reconnection jets in a gravitationally stratified atmosphere
本研究针对太阳引力分层大气，通过模拟不同高度的磁重联过程，对比MHD与双流体模型，发现碰撞效应增强时会出现非线性逃逸不稳定性，且重联率约为0.1，等离子体团形成受主重联出流影响，光学薄辐射演化因密度选取不同存在显著差异。
2023-07-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection with Radiative Cooling. I. Optically-Thin Regime
磁重联是一种基本的等离子体过程，与磁能的快速耗散有关，被认为是实验室等离子体装置、地球磁层和日冕中许多破坏性现象的动力。传统的重联研究，针对这些相当脆弱的环境，有理由忽略了辐射的重联过程中的影响。然而，在高能天体物理学中的许多重连系统中（例如，吸积盘日冕、相对论性喷流、磁星耀斑），而且在强大的激光等离子体和z箍缩实验中，能量密度非常高，以至于辐射，特别是辐射冷却，可能开始发挥重要作用。这一观察激发了高能量密度辐射磁重联理论的发展。作为实现这一目标的第一步，我们在本文中提出了一个简单的Sweet-Parker非相对论连续MHD重联与强辐射冷却的理论。首先，我们展示了如何在没有引导磁场的情况下，强烈的冷却会导致重联层中等离子体的强烈压缩，从而导致更高的重联率。压缩比和层温度由欧姆加热和辐射冷却之间的平衡决定。辐射冷却层中的较低温度导致较高的斯皮策电阻率，因此导致重联率的额外增强。然后，我们将我们的一般理论应用到几个特定的天体物理学重要的辐射过程（韧致辐射，回旋加速器，逆康普顿）在光学薄制度，为零和强引导场的情况下。我们推导出的关键重连参数，包括重连率的具体表达式。我们还讨论了我们的理论的适用性的限制和条件。
2010-07-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear Explosive Magnetic Reconnection in a Collisionless System
半个多世纪以来，围绕磁重联引起的快速磁能耗散的争论一直是等离子体宇宙中的一个基本话题，不仅在地球的磁层中，而且在脉冲星磁层和磁星等天体中。最近，非热粒子加速和等离子体加热过程中的重联已被广泛研究，有人认为，快速的能量耗散可以发生碰撞的“薄”电流片，其厚度的顺序的粒子回旋半径。然而，对于厚度大于粒子回旋半径的“厚”电流片，如何发生快速的能量耗散是一个有趣的谜。在这里，我们证明，使用一个高分辨率的粒子在细胞中的模拟对等离子体，爆炸性的重联可以出现的惯性电阻率的增强，由于重联磁场和电流片的收缩的曲折粒子的磁化。此外，无论电流片的初始厚度如何，非线性爆炸重联的时间尺度都是Alfvén渡越时间的几十倍。
2021-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection Heating of Thin Accretion Disks around Kerr Black Holes
School of Science, Jiangsu University of Science and Technology（江苏科技大学理学院）
本研究建立框架分析磁重联外流对Kerr黑洞薄吸积盘的加热效应，发现其贡献随自旋增大而减小、随磁化强度和外流径向速度增大而增大，为吸积盘提供额外能量与角动量来源。
2026-09-15 astro-ph.HE gr-qc
Studying the properties of reconnection-driven turbulence
School of Mathematics and Computational Sciences, Xiangtan University（湘潭大学数学与计算科学学院）；Department of Physics, Xiangtan University（湘潭大学物理学院）；Key Laboratory of Stars and Interstellar Medium, Xiangtan University（湘潭大学恒星与星际介质重点实验室）；Hunan Key Laboratory for Computation and Simulation in Science and Engineering（湖南省科学与工程计算重点实验室）；Hunan National Center for Applied Mathematics（湖南国家应用数学中心）
研究重联湍流的统计特性，发现其速度谱符合Kolmogorov模型，磁场谱更陡，且存在各向异性 cascade，与纯MHD湍流不同。
2025-10-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
General relativistic resistive magnetohydrodynamics with robust primitive variable recovery for accretion disk simulations
黑洞天体物理学的最新进展，特别是事件视界望远镜（EHT）在星系M87中心发现的第一个超大质量黑洞的视觉证据，以及引力合作组织在银河系中心Sgr A* 的事件视界附近探测到的轨道“热点”，需要开发新的数值方法来理解潜在的等离子体微观物理学。与这种热点有关的非热辐射被证明是源于等离子体团，这些等离子体团是由于最内层吸积区薄电流层中的磁重联而形成的。在黑洞吸积盘和喷流中，电阻率在电流片的形成、磁重联和等离子体团的生长中起着至关重要的作用。在三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）程序BHAC中加入了电阻率，并提出了一种隐式-显式方案来处理GRMHD方程中的刚性电阻源项。该算法进行了测试，结合自适应网格细化，以解决电阻尺度和约束运输方法，以保持磁场螺线管。原始变量的恢复，相对论磁流体动力学代码的关键部分，提出了几种新的方法，并比较的准确性，鲁棒性和效率。我们提出了一个新的反演策略，允许连续GRMHD模拟低气磁压力比和高磁化制度适用于黑洞吸积盘，喷气机，和中子星磁层。我们应用新的方案来研究电阻率对吸积黑洞的影响，并考虑了重联的耗散效应。
2019-08-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Comparison of the ion-to-electron temperature ratio prescription: GRMHD simulations with electron thermodynamics
事件视界望远镜（EHT）合作，一个地球大小的亚毫米射电干涉仪，最近捕获了M87中心超大质量黑洞的第一张图像。这些图像被解释为引力透镜同步辐射从热等离子体轨道周围的黑洞。在低光度活动星系核（如M87）的吸积流中，电子和离子不处于热平衡状态。因此，电子温度，这是重要的热同步辐射在230 GHz的EHT频率，是不是独立确定。在这项工作中，我们调查了常用的参数化离子-电子温度比处方，所谓的R- $β$模型，考虑在230 GHz的图像通过比较与电子加热处方从广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟磁化吸积流在磁制动盘（MAD）制度与不同的食谱的电子热力学。当比较在230 GHz的图像，我们发现一个非常好的匹配与R- $β$处方和产生的湍流和磁重联加热处方之间的图像。实际上，这种匹配平均而言甚至比将用R- $β$处方构建的图像集与随机选择的图像或与时间平均的图像进行比较时获得的匹配更好。从不同的物理方面，其中包括图像，vibrium，宽带光谱和光变曲线的比较研究，我们得出结论，在230 GHz的图像相对于MAD吸积流周围的超大质量黑洞的背景下，常用的和简单的R- $β$模型是能够很好地再现各种更复杂的电子加热处方这里考虑。
2021-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Investigating Turbulence Effects on Magnetic Reconnection Rates Through Three-Dimensional Resistive Magnetohydrodynamical Simulations
本研究通过三维高分辨率MHD模拟验证湍流环境下磁重联率与伦德奎斯特数无关，支持快速湍动重联理论，同时探究了等离子体β和磁普朗特数对重联率的影响。
2025-06-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The impact of resistivity on the variability of black hole accretion flows
本文利用三维电阻性GRMHD模拟研究均匀电阻率对黑洞吸积流变异性和磁通量累积的影响，发现高电阻率阻碍MAD形成，而在多环构型中电阻率会显著降低流动变异性。
2024-11-25 astro-ph.HE gr-qc
Does Magnetic Reconnection Change Topology?
该研究结合统计物理等多领域概念，通过分析阿尔芬速度波包路径线的分离特性，揭示层流/混沌流中慢重联与湍流中快重联的拓扑变化机制，支持Lazarian-Vishniac湍流重联理论。
2025-04-15 astro-ph.HE nlin.CD physics.plasm-ph
Energy dissipation in astrophysical simulations: results of the Orszag-Tang test problem
本文使用 PLUTO 代码开展 Orszag-Tang 标准 MHD 测试，量化二维模拟的数值电阻率与能量转化，并验证高分辨率可分辨等离子体团不稳定重联层。
2023-12-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection and Hot Spot Formation in Black Hole Accretion Disks
由于电流片中的磁重联而形成的热点或等离子体团，被用来为我们银河系中心的黑洞Sgr A* 频繁的X射线和近红外耀斑提供动力。目前还不清楚黑洞吸积盘中电流片是如何、在何处以及何时形成的。我们进行轴对称广义相对论电阻磁流体力学模拟模型的重联和等离子体团形成的吸积流的范围。电流片和等离子体团是普遍存在的特征，它们的形成与盘中的初始磁场、吸积准稳态阶段的磁化强度以及黑洞的自旋无关。在10史瓦西半径从事件视界，我们观察等离子体团形成，之后，他们可以合并，增长到宏观尺度的顺序的几个史瓦西半径，并最终平流沿射流的鞘或进入磁盘。大的等离子体团通过重连被激发到相对论温度，并有助于喷流的边缘增亮。我们发现，只有热点形成的磁制动盘可以潜在地解释能量的Sgr A* 耀斑。耀斑的周期是由重联率，我们发现在所有情况下，在0.01 c和0.03 c之间，与孤立的哈里斯型电流片重联研究一致。我们量化的磁耗散和非理想的电场，可以有效地注入非热粒子。我们表明，显式电阻率允许收敛的数值解，这样的电磁能量的演化和耗散成为独立的网格尺度的极端分辨率在这里考虑。
2020-09-07 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
On the Impact of the Numerical Method on Magnetic Reconnection and Particle Acceleration -- I. The MHD case
我们提出的撕裂不稳定电流片耦合到人口的非热测试粒子的二维MHD数值模拟，以解决问题的数值收敛相对于网格分辨率，数值方法和物理电阻率。利用天体物理学流体动力学程序PLUTO，通过不同的黎曼解算器、重构方法和不同Lundquist数下网格分辨率的组合，进行了数值模拟。采用约束输运方法控制磁场的无发散条件。我们的研究结果表明，背景撕裂不稳定等离子体的重联率收敛只有有限值的Lundquist数和足够大的网格分辨率。在一般情况下，它被发现，（对于一个二阶计划）的数值收敛的最小阈值在线性阶段需要的计算区域的数量覆盖初始的电流片宽度大致缩放为$\sim \sqrt{\bar{S}}$，其中$\bar{S}$是Lundquist数定义的电流片宽度。另一方面，粒子加速的过程被发现是几乎独立的基本的数值细节，因为系统变得撕裂不稳定，并进入其非线性阶段。在大$\bar{S}$的极限下，随之而来的幂律指数迅速收敛到$p \approx 1.7$，与快速重联状态一致。
2021-09-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection and particle acceleration in interacting flux ropes I. Magnetohydrodynamics and test particles in 2.5D
利用电阻磁流体力学（MHD）模拟方法结合相对论测试粒子方法研究了与电流驱动不稳定性相关的磁重联和非热粒子分布。我们提出了一个系统，两个平行的，排斥电流通道在最初的无力平衡，作为一个简化的代表性的通量绳在恒星磁层。电流通道在Alfvénic时间尺度上经历旋转和分离，形成次级岛和（直到撕裂不稳定）电流片，其中预计将发展非热能分布。使用最近开发的粒子模块，我们的开源网格自适应MPI-AMRVAC软件，我们模拟MHD演化结合测试粒子处理MHD快照。我们探讨下，等离子体$β$条件下最快的重联发生在两个半维（2.5 D）的情况下，在这些设置测试粒子的演变。我们量化的能量分布，加速机制，相对论修正的粒子运动方程和磁主导的质子-电子等离子体的电阻率的影响。由于大的电阻电场和无限长的电流通道中的粒子的不确定的加速，硬能谱被发现在2.5维配置。这些数值伪影的解决方案提出了2.5D设置和未来的3D工作。我们讨论了磁流体力学的一个额外的扭结不稳定性在3D设置和预期的影响能量分布。所获得的结果作为一个证明的原则，在MHD模拟测试粒子的方法，相关的探索不太理想的情况下，如太阳耀斑和更奇特的天体物理现象，如黑洞耀斑，磁星磁层和脉冲星风星云。
2017-02-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Do plasmoids induce fast magnetic reconnection in well-resolved current sheets in 2D MHD simulations?
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；University of Wisconsin（威斯康星大学）
研究通过高分辨率二维MHD模拟探讨撕裂模不稳定性的发展，发现当磁流体动力学数S大于等于10^3且小于等于5×10^5时，磁重联速率遵循Sweet-Parker尺度，但随着S增大，反磁流体形成导致重联速率略有增强，表明重联仍受电阻率影响。
2026-03-24 astro-ph.HE hep-th 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
Resistive relativistic MHD simulations of astrophysical jets
本文利用PLUTO开展RRMHD轴对称相对论喷流模拟，比较多种电阻率模型，发现可变电阻率可在保留湍流与电流片的同时更真实地描述耗散和非热粒子加速。
2023-09-12 astro-ph.HE
Jets from accretion disk dynamos: consistent quenching modes for dynamo and resistivity
本研究通过非理想 MHD 模拟探讨了吸积盘发电机对喷流发射的影响，发现引入发电机和磁扩散率的一致淬灭模型后，Blandford-Payne 机制能产生更准直但更慢的喷流，并在低 Coriolis 数下引发间歇性耀斑。
2022-07-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stationary Resistive MHD Solutions Near an Isolated Three-Dimensional Magnetic Null
Astronomical Institute, Czech Academy of Science（捷克科学院天文研究所）；Astronomical Institute, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院天文研究所）；Escuela de Ingeniería Civil, Universidad de Valparaíso（瓦尔帕莱索大学土木工程学院）
该研究探究孤立三维磁零点与速度滞点共位时的定常电阻MHD流结构，通过一阶局部展开求解方程得到双参数解族，揭示非均匀电阻率下磁拓扑与流动等变量的非线性反馈，重现了常电阻率下的特殊解。
2026-10-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
