相对论性磁流管合并事件中的粒子加速

使用解析与数值方法（流体与粒子在胞模拟）我们研究若干涉及相对论性磁主导等离子体中磁流管合并的模型问题。考虑了载流磁流管（以二维“ABC”结构为例）和零总电流磁流管的合并。在所有情形中均考察了自发与驱动演化机制。我们鉴别出磁通量合并期间粒子加速的两个阶段：(i) 快速的爆发性瞬时 X 点坍缩与 (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，其重联电场量级与磁场相当。在 X 点坍缩期间，粒子由电荷匮乏电场加速，该电场可达（甚至超过）局域磁场值。重联的爆发性阶段产生非热幂律尾，其斜率依赖于平均磁化率 $\sigma$。对于等离子体磁化率 $\sigma \leq 10^2$，谱幂律指数为 $p> 2$；此时最大能量线性依赖于重联岛的尺寸。对于更高磁化率 $\sigma \geq 10^2$，谱为硬谱，$p< 2$，但最大能量 $\gamma_{max}$ 仍可能超过每粒子平均磁能 $\sim \sigma$ 数个量级（若 $p$ 不太接近 1）。X 点坍缩阶段之后是磁岛合并，其在强制磁重联机制下耗散初始磁能的很大一部分，进一步加速粒子，但以较慢的重联率进行。