跨相对论磁重联中的电子与质子加速：对等离子体 Beta 与磁化的依赖

通过磁重联的非热电子加速被认为在驱动黑洞周围辐射低效吸积流的可变 X 射线辐射中扮演重要角色。磁重联的跨相对论 regime，其中磁化参数 $\sigma$（定义为磁能密度与焓密度之比）约为 $1$，在此类吸积流中频繁出现。借助大量二维粒子网格（particle-in-cell）模拟，我们研究跨相对论 regime 下的电子与质子加速。我们聚焦于电子能谱对 $\sigma$ 与质子 $\beta$（即质子热压与磁压之比）的依赖。我们发现重联区中的电子能谱是非热的，通常可建模为幂律。在 $\beta \lesssim 3 \times 10^{-3}$ 时，斜率 $p$ 与 $\beta$ 无关，并随 $\sigma$ 增大而变硬，满足 $p\simeq 1.8 +0.7/\sqrt{\sigma}$。电子主要由 X 点处的非理想电场加速，无论是在初始电流层还是在合并磁岛间生成的电流片中。在更高的 $\beta$ 值下，对所有 $\sigma$ 电子幂律均变陡。在 $\beta$ 接近 $\beta_{\rm max}\approx1/4\sigma$ 时，若重联前电子与质子均处于相对论性热态，则两物种的能谱在高能端均呈现额外成分，包含百分之几的粒子。这些粒子通过在重联出流与静止磁岛间反弹的费米类过程加速。我们给出了幂律斜率与加速效率对 $\beta$ 和 $\sigma$ 依赖的实证规律，可用于无碰撞吸积盘的全局模拟。