Kinetic beaming in radiative relativistic magnetic reconnection: a mechanism for rapid gamma-ray flares in jets
Kinetic beaming in radiative relativistic magnetic reconnection: a mechanism for rapid gamma-ray flares in jets
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辐射相对论磁重联中的动能束：喷流中快速伽马射线耀斑的机制
DOI：
10.1093/mnras/staa2346
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发表时间：
2020
影响因子：
4.8
通讯作者：
Begelman, M C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mehlhaff, J M;Werner, G R;Uzdensky, D A;Begelman, M C
快速伽马射线耀斑提出了一个天体物理学难题，需要机制来加速高能粒子并产生快速观测到的变化。这些双重要求可以通过无碰撞相对论磁重联来满足。一方面，相对论重联可以激发伽马射线发射电子。另一方面，正如之前的动力学模拟所示，重联加速机制优先将高能粒子及其发射的光子聚焦成光束，当它们穿过望远镜的视线时，可能会产生快速的光点。通过一系列二维对等离子体粒子在细胞内的模拟，我们明确地证明了辐射（特别是逆康普顿）冷却在调节这种“动能光束”效应的可观察特征中所发挥的关键作用。只有在我们有效冷却的模拟中，我们才能测量超过重新连接层的一次光穿越时间的动力学光束。我们发现冷却强度与发生持续动能束的光子能量范围之间存在相关性：更强的冷却与更广泛的束光子能量范围一致。我们还将我们的结果应用于平谱射电类星体中的快速伽马射线耀斑，这表明辐射有效的动力射束范例限制了相关的发射模型。特别是，在两区（例如脊柱鞘）设置中，光束产生的变化可能更容易实现，其中康普顿种子光子源自射流本身，而不是在单区外部康普顿场景中。
Rapid gamma-ray flares pose an astrophysical puzzle, requiring mechanisms both to accelerate energetic particles and to produce fast observed variability. These dual requirements may be satisfied by collisionless relativistic magnetic reconnection. On the one hand, relativistic reconnection can energize gamma-ray emitting electrons. On the other hand, as previous kinetic simulations have shown, the reconnection acceleration mechanism preferentially focuses high energy particles – and their emitted photons – into beams, which may create rapid blips in flux as they cross a telescope’s line of sight. Using a series of 2D pair-plasma particle-in-cell simulations, we explicitly demonstrate the critical role played by radiative (specifically inverse Compton) cooling in mediating the observable signatures of this ‘kinetic beaming’ effect. Only in our efficiently cooled simulations do we measure kinetic beaming beyond one light crossing time of the reconnection layer. We find a correlation between the cooling strength and the photon energy range across which persistent kinetic beaming occurs: stronger cooling coincides with a wider range of beamed photon energies. We also apply our results to rapid gamma-ray flares in flat-spectrum radio quasars, suggesting that a paradigm of radiatively efficient kinetic beaming constrains relevant emission models. In particular, beaming-produced variability may be more easily realized in two-zone (e.g. spine-sheath) set-ups, with Compton seed photons originating in the jet itself, rather than in one-zone external Compton scenarios.
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相对论磁重联中的粒子束和同步辐射
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
D. Kagan;E. Nakar;T. Piran
通讯作者：
T. Piran
影响因子：
8.6
作者：
Blackman;Field
通讯作者：
Field
爆炸性相对论重联事件和蟹状星云伽马射线耀斑中的粒子加速
DOI：
10.1017/s0022377818000168
发表时间：
2016
期刊：
arXiv: High Energy Astrophysical Phenomena
影响因子：
--
作者：
M. Lyutikov;L. Sironi;S. Komissarov;O. Porth
通讯作者：
O. Porth
DOI：
10.1111/j.1365-2966.2010.18140.x
发表时间：
2010-07
影响因子：
4.8
作者：
K. Nalewajko;D. Giannios;M. Begelman;D. Uzdensky;M. Sikora
通讯作者：
K. Nalewajko;D. Giannios;M. Begelman;D. Uzdensky;M. Sikora
影响因子：
4.8
作者：
I. Christie;M. Petropoulou;L. Sironi;D. Giannios
通讯作者：
I. Christie;M. Petropoulou;L. Sironi;D. Giannios