超越 Fermi-II:基于相对论湍流的间歇性粒子加速
高能天体物理现象
2026-03-11 v1
摘要
湍流等离子体中的随机粒子加速在塑造相对论外流(如活跃星系核 (AGN) 和微类星体)的高能辐射方面发挥着关键作用。虽然传统的 Fermi-II 模型提供了基础框架,但常简化了现实磁流体动力学 (MHD) 湍流的复杂性,尤其是在高幅度 () 和相对论规模下。近期针对此类条件的等离子体模拟揭示了高度非线性的能量增益效应,如突然的大尺度动量跳跃,这些在天体物理应用中鲁有探索。我们提出了新的蒙特卡洛框架 STRIPE,将粒子加速建模为连续时间随机游走 (CTRW),捕捉间歇性能量获取与辐射损失。粒子动量的随机演化由幅度随机的跳跃驱动,跳跃幅度由磁场线速度梯度分布决定,同时自洫地包含同步辐射和逆碰米散射冷却。使用 STRIPE,我们探讨了符合 LHAASO 近期确认的 TeV-PeV 级 射线微类星体特征条件下的粒子加速。我们发现,相对论、高幅度湍流自然产生低能硬截至和高能硬延伸幂律尾部,最高可达数十 PeV。这些特征与标准准线性理论截然不同,恰好解释了 LHAASO 检测到的微类星体意外的硬 TeV-PeV 谱线。这些结果凸显相对论规模湍流加速作为微类星体系统以及其他极端天体环境中粒子能量化的潜在机制。
引用
@article{arxiv.2603.09394,
title = {Beyond Fermi-II: Intermittent Particle Acceleration by Relativistic Turbulence in Astrophysical Plasmas},
author = {Anton Dmytriiev and Frans van der Merwe and Markus Böttcher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.09394},
year = {2026}
}
备注
Proceedings of the High Energy Phenomena in Relativistic Outflows IX (HEPRO-IX) conference, 4-8 August 2025, Rio de Janeiro, Brazil. PoS(HEPRO-IX)040