x方向维数为150di，y方向维数为12.5di的磁通绳密度模拟结果。（图片来源于论文)
太阳耀斑与地球磁尾中检测到的电子、质子能量表明，这些粒子由于被加速而形成了不含热能的能量分布。人们普遍认为此加速机制涉及磁重联——磁拓扑重新分布过程，但之前对该现象的模拟并不能重现实验观测结果。现在，新墨西哥州洛斯·阿拉莫斯国家实验室的张琦乐和同事们通过考虑一种称为“磁通绳扭结不稳定性”的效应，修正了理论模拟和实验观测的偏差。张琦乐指出，磁通绳纽结的这种不稳定性也可能对吸积盘和活动星系核的粒子发射产生影响。
以前的理论模型通过所谓的“费米加速机制”将粒子能量分布与磁重联联系起来，其中电子和质子由于磁感线收缩而加速。但这些模型还预测，磁重联会产生称为“磁通绳扭曲”的束，因此粒子应该在费米加速区域被捕获并留在其中。在某些条件下，磁通绳可以重叠并相互干扰，造成磁感线混乱，从而使粒子逃逸。但问题在于，形成此类逃逸的条件和费米机制的存在条件似乎是互斥的：要使磁通绳中断，需要垂直于磁重联平面的、足够强的磁场，但有效的费米机制要求在弱磁场下进行。
激发电子在三维中相对于二维中的增强（图片来源于论文)
在最新模拟中，张琦乐和同事们发现，如果磁通绳达到临界长度，在弱磁场下也会同样出现磁感线混乱。磁通绳因此产生扭结不稳定性，从而使磁通量表面变形，而后被撕裂。粒子一旦从磁通绳中解放出来就会被费米机制加速，据此模拟获得的能量分布与实验观测结果吻合。
质子和电子在模拟中的能谱（图片来源于论文)
撰文：Marric Stephens
翻译：叶欢仪
审校：张和持
引进来源：physics
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