Kinetic Studies of the Relativistic Pinch: A Key to Particle Acceleration in Astrophysical Plasmas
相对论箍缩的动力学研究:天体物理等离子体中粒子加速的关键
基本信息
- 批准号:1903335
- 负责人:
- 金额:$ 74.92万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-08-01 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Rapidly flaring gamma-rays and other radiative signals from blazar jets and pulsar wind nebulae indicate that standard models for energy dissipation and particle acceleration in relativistic cosmic plasmas, which invoke shock waves and hydromagnetic diffusion, are probably incorrect. This project uses powerful new computational tools to study a promising alternative: the direct dissipation of magnetic energy through reconnection and turbulence in collisionless relativistic plasmas. The study will explore relativistic particle acceleration and the associated radiation in a much more realistic astrophysical context than the idealized configurations used to obtain encouraging preliminary results. This work will yield insights into the interactions of black holes with their cosmic environments. The innovative approaches to PIC simulation can be applied to a broad range of problems in space physics and laboratory plasmas. There is a range of associated research experiences for undergraduates, as well as support, training and mentorship for a postdoctoral researcher. Contribution to public scientific literacy comes through collaboration with the Fiske Planetarium, using visually arresting graphics and animations from the simulations.Simulations which have started from idealized configurations have shown robust nonthermal particle energy distributions and variability characteristics. The particle distributions correlate with the initial magnetization of the plasma, which is the ratio of magnetic energy density to relativistic plasma enthalpy. Surprisingly, similar correlations develop in systems with different compositions (pairs or electron-ion plasma) and in setups ranging from idealized reconnecting current sheets to three-dimensional driven turbulence. A vertical kinetic study will follow unstable magneto-hydrodynamic pinch configurations through their nonlinear development to the resulting turbulence, reconnection, particle acceleration, and radiation. The well-tested Zeltron radiative Particle-in-Cell (PIC) code, developed by this team and publicly available since 2014, enables a thorough analysis of "kinetic beaming," and a study of the relationships between microscopic kinetic processes and macroscopic features such as secondary flux ropes, current sheets, and bulk flows. State-of-the-art computational tools allow kinetic and radiative plasma phenomena to be related to macroscopic magnetohydrodynamic instability, under relativistic conditions.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
来自耀变喷流和脉冲星风星云的快速耀斑伽马射线和其他辐射信号表明,相对论性宇宙等离子体中的能量耗散和粒子加速的标准模型(引发冲击波和水磁扩散)可能是不正确的。 该项目使用强大的新计算工具来研究一种有前途的替代方案:通过无碰撞相对论等离子体中的重联和湍流直接耗散磁能。 该研究将在比用于获得令人鼓舞的初步结果的理想化配置更现实的天体物理背景下探索相对论粒子加速和相关辐射。 这项工作将深入了解黑洞与其宇宙环境的相互作用。 PIC 模拟的创新方法可应用于空间物理和实验室等离子体中的广泛问题。 为本科生提供一系列相关的研究经验,并为博士后研究员提供支持、培训和指导。 通过与菲斯克天文馆的合作,使用来自模拟的视觉上引人注目的图形和动画,对公众科学素养做出了贡献。从理想化配置开始的模拟显示了强大的非热粒子能量分布和可变性特征。 粒子分布与等离子体的初始磁化强度相关,初始磁化强度是磁能密度与相对论性等离子体焓的比值。 令人惊讶的是,在具有不同成分(对或电子离子等离子体)的系统中以及从理想化的重新连接电流片到三维驱动的湍流的设置中,类似的相关性也会出现。 垂直动力学研究将跟踪不稳定的磁流体动力学箍缩配置,通过其非线性发展到由此产生的湍流、重新连接、粒子加速和辐射。 经过充分测试的 Zeltron 辐射细胞内粒子 (PIC) 代码由该团队开发,自 2014 年起公开发布,可对“动力学光束”进行彻底分析,并研究微观动力学过程与宏观特征之间的关系,例如作为次级磁通绳、电流片和总体流。 最先进的计算工具允许在相对论条件下将动力学和辐射等离子体现象与宏观磁流体动力学不稳定性相关联。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Relativistic Alfvén Waves Entering Charge-starvation in the Magnetospheres of Neutron Stars
相对论性阿尔芬波在中子星磁层中进入电荷匮乏状态
- DOI:10.3847/1538-4357/ac59b1
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Chen, Alexander Y.;Yuan, Yajie;Beloborodov, Andrei M.;Li, Xinyu
- 通讯作者:Li, Xinyu
Kinetic simulations of imbalanced turbulence in a relativistic plasma: Net flow and particle acceleration
相对论等离子体中不平衡湍流的动力学模拟:净流和粒子加速
- DOI:10.1093/mnras/stab3209
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:4.8
- 作者:Hankla, Amelia M;Zhdankin, Vladimir;Werner, Gregory R;Uzdensky, Dmitri A;Begelman, Mitchell C
- 通讯作者:Begelman, Mitchell C
Kinetic turbulence in shining pair plasma: intermittent beaming and thermalization by radiative cooling
- DOI:10.1093/mnras/staa284
- 发表时间:2019-08
- 期刊:
- 影响因子:4.8
- 作者:V. Zhdankin;D. Uzdensky;G. Werner;M. Begelman
- 通讯作者:V. Zhdankin;D. Uzdensky;G. Werner;M. Begelman
Kinetic Simulations of Instabilities and Particle Acceleration in Cylindrical Magnetized Relativistic Jets
圆柱形磁化相对论射流中不稳定性和粒子加速的动力学模拟
- DOI:10.3847/1538-4357/ac6acd
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Ortuño-Macías, José;Nalewajko, Krzysztof;Uzdensky, Dmitri A.;Begelman, Mitchell C.;Werner, Gregory R.;Chen, Alexander Y.;Mishra, Bhupendra
- 通讯作者:Mishra, Bhupendra
Relativistic Collisionless Shocks in Inhomogeneous Magnetized Plasmas
非均匀磁化等离子体中的相对论无碰撞激波
- DOI:10.3847/2041-8213/acc84a
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Demidem, Camilia;Nättilä, Joonas;Veledina, Alexandra
- 通讯作者:Veledina, Alexandra
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Mitchell Begelman其他文献
Mitchell Begelman的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Mitchell Begelman', 18)}}的其他基金
Why Blazar Jets Shine: Radiative Relativistic Reconnection and the Minijet Model
Blazer 喷气机为何大放异彩:辐射相对论重联和迷你喷气机模型
- 批准号:
1411879 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Formation of Supermassive Black Holes by Direct Collapse
直接塌缩形成超大质量黑洞
- 批准号:
0907872 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Standard Grant
Environmental Impacts of Supermassive Black Holes
超大质量黑洞对环境的影响
- 批准号:
0307502 - 财政年份:2003
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Outflows from Accreting Black Holes in Active Galactic Nuclei
活动星系核中吸积黑洞的流出
- 批准号:
9876887 - 财政年份:1999
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Theoretical Investigations of Relativistic Jets and Extragalactic Radio Sources
相对论性喷流和河外射电源的理论研究
- 批准号:
9529175 - 财政年份:1996
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
U.S.-Germany Cooperative Research on Numerical Modelling of Accretion Disk Coronae
美德合作研究吸积盘日冕数值模拟
- 批准号:
9513899 - 财政年份:1996
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Standard Grant
Physics of the Central Engines of Active Galactic Nuclei
活动星系核中央引擎的物理学
- 批准号:
9120599 - 财政年份:1992
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
U.S.-Poland Astronomical Research on Consequences of Relativistic Proton Production in Active Galactic Nuclei
美国-波兰关于活动星系核中相对论性质子产生后果的天文学研究
- 批准号:
9017207 - 财政年份:1991
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Standard Grant
Physics of the Central Engines of Active Galactic Nuclei
活动星系核中央引擎的物理学
- 批准号:
8816140 - 财政年份:1989
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Presidential Young Investigator Award - Theory of Astrophysical Jets and Active Galactic Nuclei
总统青年研究员奖 - 天体物理喷流和活动星系核理论
- 批准号:
8351997 - 财政年份:1984
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
相似国自然基金
相对论性电子长时间动力学模拟的几何算法研究
- 批准号:11505185
- 批准年份:2015
- 资助金额:20.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
银河中心大质量黑洞近邻区域的恒星相对论性动力学和黑洞度规的深入研究
- 批准号:11373031
- 批准年份:2013
- 资助金额:86.0 万元
- 项目类别:面上项目
重味夸克作为夸克-胶子等离子体探针的非微扰研究
- 批准号:11305089
- 批准年份:2013
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
稀土区原子核X(5)形状相变的微观研究
- 批准号:10475003
- 批准年份:2004
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:面上项目
相对论性核碰撞中QGP生成动力学的研究
- 批准号:19135013
- 批准年份:1991
- 资助金额:5.0 万元
- 项目类别:重点项目
相似海外基金
RUI: Studies of Relativistic Heavy Ions Collisions in ALICE at the LHC
RUI:大型强子对撞机 ALICE 中相对论性重离子碰撞的研究
- 批准号:
2208883 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Novel fission studies in inverse kinematics with exotic relativistic radioactive beams at SAMURAI
SAMURAI 利用奇异的相对论放射性束进行逆运动学的新颖裂变研究
- 批准号:
2276483 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Studentship
Fully Relativistic Studies of Black Hole Binaries with Applications to Gravitational Wave Observations
黑洞双星的完全相对论研究及其在引力波观测中的应用
- 批准号:
1912632 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Continuing Grant
Wakefield and Impedance Studies with Ultra-Relativistic Beams for CLARA and UK FEL
CLARA 和 UK FEL 的超相对论光束韦克菲尔德和阻抗研究
- 批准号:
1962251 - 财政年份:2017
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Studentship
First-principles studies of relativistic spin interactions and torques
相对论自旋相互作用和扭矩的第一性原理研究
- 批准号:
1609776 - 财政年份:2016
- 资助金额:
$ 74.92万 - 项目类别:
Standard Grant