黑洞冕区中重联等离子体的康普顿化 II：电子-离子等离子体

我们对受强康普顿冷却作用的电子-离子等离子体中的磁重联进行二维粒子网格模拟，并计算该过程产生的 X 射线能谱。模拟针对磁化率 $1\leq \sigma\leq 3$（定义为磁张力与等离子体静质量密度之比）的跨相对论重联，这预期出现于黑洞吸积盘冕区。我们发现磁耗散伴随受热离子与康普顿冷却电子间低效的能量交换。结果，多数电子维持在与辐射处于康普顿平衡的低温度，故热康普顿化无法达到吸积黑洞观测到的 $\sim 100$ keV 光子能量。然而，磁重联因重联层内形成的等离子体团链具有温和相对论性整体运动而高效产生 $\sim 100$ keV 光子。等离子体团运动的康普顿化主导辐射输出并控制辐射能谱峰值 $E_{\rm pk}$。我们发现 $\sigma=1$ 时 $E_{\rm pk}\sim 40$ keV，$\sigma=3$ 时 $E_{\rm pk}\sim100$ keV。除约 100 keV 的 X 射线峰外，模拟显示了由重联层 X 点附近产生的非热电子群体所发射的非热 MeV 尾。结果与吸积黑洞的典型硬态一致。特别地，我们发现天鹅座 X-1 的能谱可由 $\sigma\sim 3$ 的电子-离子重联很好解释。