热吸积流内湍流中高能粒子的加速与逃逸过程

我们研究了热吸积流内高能粒子的加速与传播过程。磁旋转不稳定性(MRI)在吸积流内部产生湍流，触发磁重联并可能产生非热粒子。这些粒子可进一步被湍流随机加速。为探究此类相对论性粒子的性质，我们进行磁流体力学模拟以获得MRI产生的湍流场，并利用MRI湍流的快照数据计算高能粒子的轨道。我们发现粒子加速由能量空间中的扩散现象描述，其扩散系数为硬球型：$D_\epsilon\propto \epsilon^2$，其中$\epsilon$为粒子能量。湍流最大尺度的涡旋在加速过程中起主导作用。另一方面，位形空间中的随机行为并非通常的扩散而是超扩散：径向位移随时间增长快于正常扩散情形。此外，热吸积流中的磁场构型产生高能粒子的向外整体运动。对于更高能量的粒子，该整体运动比扩散运动更为有效。我们的结果表明，典型宿主热吸积流的活动星系核可将宇宙线加速至$\epsilon\sim 0.1-10$ PeV。