相对论性喷流中磁主导湍流等离子体的同步自康普顿辐射

旋转黑洞驱动的相对论性喷流是非热辐射的强发射体。通过电磁应力提取转动能量会产生磁主导喷流，其可能变得湍流。从第一性原理对磁主导等离子体湍流的研究表明，大多数加速粒子具有小螺距角，即粒子速度几乎与局地磁场对齐。我们考察了快冷却 regime 下各向异性粒子的同步自康普顿辐射。小螺距角降低了同步辐射冷却率并增强了逆康普顿（IC）冷却的作用，后者可发生于两种不同的 regime。在汤姆孙 regime 下，同步辐射与 IC 成分均具有软谱，$\nu F_\nu\propto\nu^{1/2}$。在克莱因-仁科 regime 下，同步辐射在很宽的频率范围内具有硬谱，通常为 $\nu F_\nu\propto\nu$。我们的结果对 BL Lac 天体与伽马射线暴（GRBs）的建模具有启示意义。BL Lac 产生软的同步与 IC 谱，这与克莱因-仁科效应较弱时的预期一致。观测到的同步与 IC 光度通常相当，表明存在中等各向异性，螺距角 $\theta\gtrsim0.1$。罕见的孤儿伽马射线耀发可能由 $\theta\ll0.1$ 产生。GRB 的硬谱可能与同步辐射一致，此时发射粒子在克莱因-仁科 regime 下经历 IC 冷却，正如螺距角 $\theta\sim0.1$ 时所预期。耀变体（blazar）与 GRB 谱可由具有相似电子等离子体磁化参数 $\sigma_{\rm e}\sim10^4$ 的湍流喷流解释，对于电子-质子等离子体，这对应于总磁化率 $\sigma=(m_{\rm e}/m_{\rm p})\sigma_{\rm e}\sim10$。