由磁重联驱动的离子-电子等离子体中同步加速与偏振角各向异性

研究磁重联引起的粒子加速与偏振角各向异性，针对高度磁化的离子-电子等离子体。通过全动力学粒子-in-cell 模拟，我们展示磁重联产生的各向异性粒子分布 f_s(|cos α|, ε)，其特征在粒子能谱 f_s(ε)∝ε^{-p} 和偏振角 ⟨sin²α⟩∝ε^m 中呈现分段幂律。其特征由导磁场与重联场之比 (B_g/B_0) 以及等离子体磁化参数 (σ_0) 决定。在破能 ε_0 以下，离子与电子能谱均极硬 (p_<≲1)，此对任意 B_g/B_0 与 σ_0≳1 均适用；而在 ε_0 以上，谱指数变硬 (p_>≳2)，对 B_g/B_0 与 σ_0 高度敏感。偏振角显示在 ε_{min α} 以下为负斜率 (m_<) 的幂律范围，在其以上为正斜率 (m_>) 的幂律范围，且随 B_g/B_0 与 σ_0 的增大而变硬。B_g/B_0 比例调节磁能在离子 (ΔE_i) 与电子 (ΔE_e) 之间的再分配：当 B_g/B_0≪1 时 ΔE_i≫ΔE_e，当 B_g/B_0∼1 时 ΔE_i∼ΔE_e，当 B_g/B_0≫1 时 ΔE_i≪ΔE_e，且当 σ_0≫1 时 ΔE_i/ΔE_e 趋近于 1。加速粒子的各向异性分布导致非光致 synchrotron 功率谱 F_ν(ν)∝ν^{(2-2p+m)/(4+m)} 以及线性偏振度 Π_{lin}=(p+1)/(p+7/3+m/3)。偏振角各向异性还引起温度各向异性，缓解 synchrotron 冷却，同时产生光束辐射，可能负责频率依赖的变率性。