相对论磁静力平衡的二维动力学模拟
高能天体物理现象
2018-10-17 v1 等离子体物理
摘要
我们给出称为 ABC 场的各向同性周期相对论磁化正负电子对等离子体平衡的二维动力学粒子网格(PIC)模拟结果。我们针对初始波数 k_ini = 2 或 k_ini = 4、不同辐射冷却效率(包括同步辐射与逆康普顿过程的辐射反作用)以及不同平均磁化值进行了若干模拟。这些平衡通过理想合并不稳定性演化,其饱和从头产生局域动力学薄电流层——磁重联与非热粒子加速的场点——最终在总磁螺度守恒下弛豫至较低磁能态。我们证明磁弛豫还涉及磁极小处的局域坍缩与电流层对的整体并合,这代表了一种自发的磁耗散新情景,可应用于耀变体与蟹状星云的快速伽马射线耀发。强辐射损失下的粒子加速导致形成幂律谱指数 N(gamma) ~ gamma^(-p),直至 p ~= -2.3(平均热磁化值 <sigma_hot> ~ 6)。单个高能粒子可在一个光穿越时间内被大体垂直于局域磁场的电场加速。由于动力学束流效应,高能粒子高度各向异性,意味着复杂的快速变率模式。初始总能量的可观部分可在整体磁发光过程中辐射掉。
引用
@article{arxiv.1809.07773,
title = {Three-dimensional kinetic simulations of relativistic magnetostatic equilibria},
author = {Krzysztof Nalewajko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.07773},
year = {2018}
}
备注
16 pages, 11 figures, 4 movies; accepted for publication in MNRAS