相对论正负电子对等离子体重联产生的高能辐射的束流效应与快速光变

我们利用二维粒子模拟（particle-in-cell simulations）研究了相对论无碰撞正负电子对等离子体重联中产生的高能粒子与辐射的角分布，这是对此问题的首次研究。我们发现，由重联加速的粒子存在强烈的各向异性，并且其伴随辐射具有强烈的束流效应。粒子与辐射的聚焦程度随其能量增加而增强；在这个意义上，这种“动力学束流”效应与高能天体物理学中通常引用的相对论性多普勒束流效应存在根本差异，后者中所有光子均被无色散地聚焦与增强。我们还首次给出了重联过程中外部观测者所观测到的同步辐射发射的建模。预期的光变曲线包含若干明亮的对称子耀斑，它们由高能粒子束间歇性地扫过视线方向而产生，并表现出短至约十分之一系统光穿越时间的超快时间光变。高能粒子在磁岛内部致密区域的聚集以及粒子各向异性解释了这种快速光变。这种重联的辐射特征可以解释蟹状星云和耀变体中伽马射线耀斑的亮度与光变。