亚相对论配对等离子体的 Petschek 重连过渡：对粒子加速的意义

虽然相对论磁力重联在近年来已成为解释极端天体环境辐射来源的备选方案，但相应的亚相对论配对等离子体领域仍鲜有探讨，亟待探究相对论物理对重连的影响。本文通过对比磁化参数 ($\sigma \gg 1$) 和亚相对论磁化参数 ($\sigma < 1$) 下的配对等离子体进行 2D 粒子-in-cell 仿真，研究了这两种 regime 的差异。我们利用前所未有的大规模域和外流边界条件，展示了降低磁化参数会导致重连几何从 plasmoid 链变为 Petschek 几何，其中单一扩散区从湍流稀释的 laminar 稀释流中涌出慢模冲击波。我们将这一变化归因于低-$\sigma$ 情况下 plasmoid 产生率的降低：当次级撕裂速率足够低时，plasmoid 数量不足以阻止系统放松到稳定的 Petschek 配置中。这种几何变化也影响粒子加速：我们展示了高-$\sigma$ plasmoid 链产生幂律能谱，而低-$\sigma$ Petschek 稀释流仅加热 incoming 等离子体，产生可忽略的非热加速。这些结果对预测各种系统中的全局电流层几何及其产生的能谱具有指导意义。