基于大尺度 RMHD 模拟的磁重联粒子加速：I. 电流片识别与表征

我们提出了一种用于在 2D 和 3D 大尺度相对论磁流体力学数值模拟中识别并物理表征电流片和重联点的新算法。该算法已在 PLUTO 代码中实现，并在单电流片、2D 喷流和 3D 不稳定等离子体柱的情形下进行了测试。其主要特点为：a) 计算代价允许其用于大尺度模拟；b) 能够处理重联点复杂的 2D 和 3D 结构。在所进行的模拟中，我们通过测量磁场沿不同方向的梯度来识别属于电流片的计算单元。采用跟随流体的拉格朗日粒子，对进入所考虑不同构型演化过程中形成的重联点之前的等离子体参数进行采样。具体而言，我们追踪磁化参数 $\sigma$ 和热压与磁压之比 $\beta$ 的分布——根据粒子模拟结果，它们控制着磁重联区中粒子加速的性质。尽管模拟的初始条件并非“专门设定”，3D 模拟仍给出了适用于高效粒子加速和真实非热粒子分布的结果。