M87黑洞磁层中磁重联驱动的TeV耀发辐射

活动星系核，尤其是M87中的超大质量黑洞，显示出明亮且快速的伽马射线耀发，能量可达100 GeV及以上。对于M87，耀发呈现多波段成分，且其变率时标与事件视界的动力学时标相当，表明辐射可能来自核附近的一个致密区域。然而，这些耀发的辐射机制尚不清楚。近期高分辨率广义相对论磁流体动力学模拟显示，在黑洞事件视界附近会发生间歇性的磁重联事件，从而驱动耀发。在本工作中，我们基于第一性原理分析了适用于M87黑洞的极端等离子体条件下重联电流层的辐射性质。我们表明，在重联层附近预期会发生大量的正负电子对产生，以至于所产生的次级正负电子对等离子体主导了重联动力学。利用二维粒子在胞模拟支撑的解析估计，我们证明在强同步辐射冷却存在的情况下，重联可产生硬幂律分布的正负电子对等离子体，并体现在出射的同步辐射（高达数十MeV）和逆康普顿信号（高达TeV）中。我们根据模拟生成了合成辐射能谱，可与未来M87*耀发的多波段观测结果直接比较。