正负电子对等离子体中三维相对论性磁重联的非热粒子加速

作为在高能天体物理等离子体中将磁能转化为等离子体能量的基本过程，相对论性磁重联是粒子加速到超相对论性能量（为脉冲星磁层、脉冲星风星云、吸积黑洞的日冕与喷流以及伽马射线暴中的非热辐射（尤其是 X 射线和伽马射线）提供动力所必需的）的主要解释。因此，等离子体天体物理学的一个重要目标是刻画由重联引起的非热粒子加速（NTPA）。利用大型二维（2D）动理学模拟，已在广泛物理条件下证明了重联驱动的 NTPA。然而，其在真实三维重联中的鲁棒性——特别是三维相对论性漂移扭结不稳定性（RDKI）是否会破坏 NTPA——尚未被系统研究，尽管开创性的三维模拟已在个别案例中观测到 NTPA。在此，我们提出首个在无碰撞电子-正电子等离子体中三维相对论性重联的 NTPA 的综合研究，通过系统地改变第三维长度和引导磁场强度来刻画当三维效应强度变化时的 NTPA。我们发现，虽然 RDKI 显著扰动三维重联电流片，但它并不抑制粒子加速，即使在零引导场情况下也是如此；完全三维重联鲁棒且高效地产生与二维中获得的密切相似的非热幂律粒子能谱。该发现为重联作为各种天体物理系统中高能耀发的关键机制提供了有力支持。我们还表明，强引导场会显著抑制 NTPA，减缓重联并限制可用于等离子体能量增益的能量，从而产生更陡且更短的幂律能谱。