爆发式相对论性重联事件与蟹状星云伽马射线耀发中的粒子加速

我们发展了相对论性磁主导等离子体中爆发式重联事件的粒子加速模型，并将其应用于解释蟹状星云的伽马射线耀发。该模型依赖于宏观尺度（与等离子体趋肤深度无关）上电流驱动不稳定性发展。利用分析和数值方法（流体和粒子在胞模拟），我们研究了相对论性磁主导等离子体中的若干模型问题：（i）我们将Syrovatsky的爆发式X点坍缩经典模型推广到磁主导等离子体；（ii）我们考虑了磁通管二维无力系统的不稳定性；（iii）我们考虑了两个总极向电流为零的磁通管的合并。所有情形均研究了自发和受迫演化机制。我们确定了粒子加速的两个阶段：（i）快速的爆发式瞬时X点坍缩和（ii）随后的岛合并。最快的加速发生在初始灾难性X点坍缩期间，重联电场量级与磁场相当。重联的爆发阶段产生非热幂律尾，其斜率取决于平均磁化率。X点坍缩阶段之后是磁岛合并，在受迫重联机制下耗散了初始磁能的很大一部分，进一步加速粒子，但以较慢的重联速率进行。蟹状星云耀发源于在星云中间极区主体中产生的磁通管磁岛合并的初始爆发阶段。具有温和磁化的风区中终止激波后的等离子体流自然产生大规模高度磁化结构。内部类似扭曲的不稳定性导致形成宏观载流磁通管，这些磁通管爆发式合并。