极端天体物理环境中的磁重联

磁重联是一种基本的等离子体过程，涉及磁拓扑结构的剧烈重组，通常会导致磁能的猛烈释放。它在磁约束聚变以及空间和太阳物理学中非常重要——这些领域迄今为止为大多数重联研究提供了背景。重要的是，这些环境仅由电子和离子组成，耗散的能量始终保留在等离子体中。相比之下，本文介绍了一个新的研究方向，其动机来自高能天体物理学中的几个重要问题——高能量密度（HED）辐射等离子体中的重联，其中辐射压和辐射冷却成为压力和能量平衡中的主导因素。我识别了区分HED重联的关键过程：狭义相对论效应；辐射效应（辐射冷却、辐射压和康普顿电阻率）；以及在最极端情况下的QED效应，包括电子-正电子对产生。然后，我讨论了主要的天体物理应用——具有磁星强度磁场（超过约4×10^13 G的量子临界场）的情况：巨SGR耀发以及磁驱动的中心引擎和GRB喷流。在这里，磁能密度如此之高，以至于其耗散将等离子体加热到MeV温度。然后大量产生电子-正电子对，使重联层高度碰撞，并覆盖上一层捕获辐射的厚对层。压力由辐射和对主导。然而，穿过该层的辐射扩散可能快于全局阿尔芬穿越时间；那么，辐射冷却控制热力学，重联成为一个辐射传输问题，受到超强磁场的极大影响。这个整体图景与我们传统的重联图像非常不同，因此代表了重联研究的一个新前沿。