来自束流 - 等离子体不稳定性的基波、谐波和三次谐波等离子体辐射：天体物理射电暴的第一性原理前驱研究

电磁基波和谐波辐射在整个日球层中普遍存在，特别是通常与 II 型和 III 型太阳射电暴的发生相关联。经典的等离子体辐射过程解析计算虽然有用，但仅限于理想化情况；对该理论的结论性数值验证仍然缺乏，早期的研究往往在例如产生基波和谐波辐射的确切参数空间等方面提供相互矛盾的结果。为了准确捕捉等离子体辐射背后的机制链——从前驱等离子体过程到长时间尺度的电磁波生成——我们进行了大规模的束流 - 等离子体不稳定性第一性原理模拟。通过采用极大量的计算粒子，我们实现了极低的数值噪声，并探索（通过一系列模拟）由束流 - 等离子体密度比和离子 - 电子温度比决定的宽参数空间。特别是，当束流与背景密度比$\le$0.005（束流与背景能量比~0.5）时，我们观察到了基波和谐波等离子体辐射的直接证据，从而严格约束了这一阈值。我们观察到，渐近地，在该机制下约 0.1% 的初始束流能量转化为谐波辐射，约 0.001% 转化为基波辐射。与之前的研究相比，我们还发现这种辐射与离子 - 电子温度比无关。此外，我们在所有模拟中报告了三次谐波辐射的直接探测，其功率水平与观测结果相容。我们的发现对于理解空间系统中导致等离子体辐射的可行条件以及解释整个日球层中观测到的电磁信号具有重要后果。