BRAiSE：基于RMHD模拟的AGN喷流合成偏振辐射新方法及其天体物理意义

《Publications of the Astronomical Society of Australia》：BRAiSE: Synthetic polarisation in RMHD AGN jet simulations

本研究针对活动星系核(AGN)喷流偏振辐射模拟中磁场表征不精确的问题，开发了BRAiSE新方法，通过直接利用相对论磁流体动力学(RMHD)模拟的磁场数据，结合拉格朗日粒子追踪技术，实现了AGN喷流偏振辐射的精确模拟。研究发现磁场湍流结构导致辐射呈现复杂团块特征，边缘偏振度最高达50%，并成功再现了Laing-Garrington退偏振不对称效应，为理解AGN反馈机制提供了新视角。

　　

在浩瀚宇宙中，活动星系核(AGN)如同璀璨的宇宙灯塔，其喷流产生的射电辐射对星系演化具有重要调控作用。然而，这些喷流系统的偏振辐射特性一直难以精确模拟，传统方法使用压力作为磁场的替代参数，无法真实反映湍流磁场的复杂结构。更棘手的是，观测中发现的Laing-Garrington效应（喷流与反喷流的退偏振不对称现象）在模拟中难以重现，这直接影响到我们对AGN反馈机制的理解。

针对这些挑战，Jerrim等人在《Publications of the Astronomical Society of Australia》上发表了创新性研究。团队开发了名为BRAiSE（B field+RAiSE）的新方法，首次将三维相对论磁流体动力学(RMHD)模拟的磁场信息直接用于偏振同步辐射计算。该方法结合PLUTO代码的拉格朗日示踪粒子技术，通过追踪每个"电子团"的流体量随时间演化，外场地计算射电辐射率。

研究团队采用PLUTO天体物理流体动力学代码（版本4.3）进行RMHD模拟，使用HLLD黎曼求解器和二阶Runge-Kutta时间步进。关键创新在于BRAiSE扩展框架，它通过拉格朗日示踪粒子直接计算射电辐射率，完整考虑同步辐射、绝热和逆康普顿损失。技术亮点包括：基于RMHD的磁场直接提取、拉格朗日粒子能量分布外场地计算、斯托克斯参数全谱求解、法拉第旋转测量集成以及相对论性位置角校正。

3.2 动力学特征

通过对比不同磁化程度的喷流模拟发现，高磁化喷流（RAG-B327）比低磁化喷流（RAG-B0）传播速度快2.5倍，且保持更好的稳定性。集群环境中的喷流（RAC-B327）由于环境密度更高，形成狭窄的喷流头和宽大的赤道区。

3.2.1 激波结构

粒子年龄分布显示，低磁化喷流呈现类FR-I源的叶状结构，而高磁化喷流在喷流头部呈现典型的FR-II型热点特征，并显示清晰的回流现象。

3.3 表面亮度

BRAiSE方法显示射电瓣边缘亮度比PRAiSE高1.3-1.8倍，并揭示出湍流磁场导致的小尺度团块结构。高磁化喷流中，kink不稳定性使磁场能量扩散，导致热点区域模糊。

3.4 射电形态

BRAiSE方法显著影响Fanaroff-Riley(FR)形态分类，使高磁化喷流的FR指数从2.2降至1.4，表明传统压力代理方法可能错误地将类FR-I源分类为FR-II源。

4.1 无法拉第旋转的分数偏振

研究发现射电瓣边缘偏振度最高（约50%），与观测一致。高分辨率图像显示斑块状偏振结构，磁场方向主要平行于喷流轴。

4.2 法拉第旋转导致的退偏振

集群环境中的喷流（RAC-B327）由于较高的环境密度和磁场强度，法拉第旋转测量(RM)值更大，在1.4GHz即出现显著退偏振，而星系群环境中的喷流在5.5GHz仍保持偏振。

研究证实了Laing-Garrington效应，前进喷流的退偏振比(DPR)普遍大于1，表明其经历的法拉第旋转更弱。

本研究通过BRAiSE新方法揭示了磁场在AGN喷流辐射中的关键作用：湍流磁场导致辐射呈现复杂团块结构，边缘偏振度最高；高磁化喷流传播更快且更稳定；传统压力代理方法会高估热点亮度并影响FR形态分类。研究还证实了环境密度对退偏振的显著影响，为理解AGN反馈提供了新视角。未来工作将结合CosmoDRAGoN项目，在更真实的磁化星系团环境中进一步探索AGN喷流的物理机制。