俯仰角各向异性控制辐射相对论等离子体湍流中的粒子加速与冷却

自然界最强大的高能源能够在极短时间尺度（甚至短于系统光穿越时间）内将粒子加速至高能并辐射掉。尽管存在大量辐射损失，何种物理过程能产生如此高效的加速仍不清楚。通过辐射粒子网格模拟，我们表明在强同步辐射冷却下的正负电子对等离子体磁主导湍流，在数个涡旋翻转时间内生成具有硬幂律段（斜率 $p \sim 1$）的非热粒子能谱。低俯仰角粒子可显著超过名义辐射反作用极限，随后骤然冷却。由于具有能量依赖俯仰角各向异性的粒子冷却，粒子能谱随时间变得甚至更硬（$p < 1$）。由此产生的同步辐射谱也很硬（$\nu F_\nu \propto \nu^s$，其中 $s \sim 1$）。我们的发现对理解高能天体物理源的非热辐射具有重要意义，尤其是伽马射线暴的瞬时阶段与蟹状星云的伽马射线耀发。