逆康托尔损耗对三维相对论重联中粒子加速的影响

相对论磁重联是天体物理学中耗尽磁能和加速粒子的关键机制。在无辐射冷却的情况下，最近的粒子仿真（PIC）显示，高能粒子在上游区域获得大部分能量，处于短暂的“自由阶段”，其中它们在层的两个侧面来回穿梭；当它们被捕获/囚禁在下游磁力 rope 中时，会进入“被困阶段”，此阶段几乎没有显著的能量增益。本文我们进行一系列包括逆康托尔（IC）损耗的3D PIC仿真，探讨其在弱冷却 regime 下的影响，即辐射-反应受限的洛伦兹因子 $\gamma_{\rm rad}$ 超过磁化参数 $\sigma$。我们表明，电子的冷却损耗对重联速率、层结构以及自由阶段的粒子加速物理几乎没有显著影响，因此自由电子的光谱为 $dN_{\rm free}/d\gamma \propto \gamma^{-1}$，与无冷却情况相同。被困电子的光谱在冷却断点 $\gamma_{\rm cool}$ 以上（即 $\gamma_{\rm cool}<\gamma<\gamma_{\rm rad}$ 范围内）为 $dN/d\gamma \propto \gamma^{-3}$，比无冷却仿真的 $dN/d\gamma \propto \gamma^{-2}$ 更陡峭。这确认了在被困阶段几乎没有显著的粒子能量增益。我们的结果验证了arXiv:2302.12269中关于3D相对论重联粒子加速的模型，并暗示辐射发射模型中，应该采用两种区域的结构，即区分自由、快速加速的粒子与被困、被动冷却的粒子。