利用粒子模拟探索无碰撞离子 - 电子等离子体中的相对论性磁重联

磁重联是各种高能天体物理对象中磁能转换和高能非热粒子产生的主要机制，包括具有相对论性离子 - 电子等离子体的对象（例如微类星体或活动星系核 AGNs）——这是一个第一性原理研究稀缺的领域。我们展示了低 $\beta$ 离子 - 电子等离子体在相对论条件下（即流入磁能超过等离子体静止质量能量）的二维粒子模拟（PIC）。我们识别出以下显著特性：(i) 对于相对论性流入磁化强度（此处 $10 < \sigma_e < 360$），重联外流由热搅动主导，而非整体动能。(ii) 在大流入电子磁化强度（$\sigma_e > 80$）下，重联电场更多地由整体惯性而非热惯性维持。这挑战了热惯性范式及其推论。(iii) 流入在扩散区入口处具有急剧的过渡。这些不是激波，而是粒子弹道运动的结果，只要流入中的热速度远小于流入的 E cross B 整体速度，所有粒子都在同一位置反弹。(iv) 磁岛中心与其余流动在磁场上隔离，并且其中心可能出现密度耗尽。(v) 重联率略高于非相对论研究中的结果。它们最好通过投影到外流方向的流入相对论性 Alfv\'en 速度进行归一化，这将导致重联率处于一个接近的范围内（0.14-0.25），从而便于估算重联电场。