2025年，云南大学方军教授团队高能天体物理领域持续深耕，围绕超新星遗迹、脉冲星风云等高能天体的粒子加速、辐射特性等开展系列创新性研究，通过数值模拟、多波段观测数据分析等方法，在粒子加速机制、天体形态起源、极端环境物理过程等方面取得多项重要成果，在《皇家天文学会月报》（MNRAS）、《天体物理学杂志》（ApJ）、《天文学和天体物理学研究》（RAA）等国际权威期刊发表论文7篇。

一、揭示超新星遗迹 “耳状结构” 新成因

超新星遗迹壳层延伸出的双瓣状 “耳状结构” 成因长期存在争议，主流观点集中于喷流驱动爆炸或双极星际介质相互作用。方军教授团队创新性地采用粒子模拟（PIC）方法，研究磁化介质中球形抛射物的动力学过程，发现磁场方向上的粒子加速显著增强，会深刻改变激波形态，自然形成与观测高度吻合的伸长状突起结构。这一磁场对齐机制与传统喷流模型、星际介质相互作用模型截然不同，为区分不同成因的耳状结构提供了关键诊断依据 —— 磁场取向可作为核心判据。该研究成果以 “Particle acceleration along magnetic fields as the origin of ear-like structures in supernova remnants” 为题发表于皇家天文学会月报(Yu & Fang, 2025, MNRAS, 543, 2791)，为理解超新星遗迹的形态多样性提供了全新视角。

二、厘清相对论性激波中粒子加速不对称性

在相对论性垂直激波研究中，团队聚焦含质子成分的电子 - 正电子等离子体系统，通过二维粒子模拟发现，质子驱动的电磁波极化特性会显著偏向正电子加速。在激波下游区域，正电子可被加速至与质子相当的能量，形成谱指数约为 2 的硬非热辐射成分，而电子则局限于低能区间。这一不对称加速现象源于质子驱动不稳定性产生的左旋极化波，与正电子共振相互作用更强，而电子与湍流场的相互作用较弱。该成果以 “Kinetic Simulations of Particle Acceleration in Relativistic Perpendicular Electron–Positron Shocks with Proton Admixture” 发表于《天体物理学杂志》(Yu, Xia & Fang, 2025, ApJ, 993, 100)，揭示了等离子体成分对相对论性激波粒子加速效率和辐射特性的关键影响，为解释伽马射线暴、脉冲星风云等天体的非热辐射提供了重要理论支撑。

三、阐明脉冲星运动与星际介质对天体演化的影响

团队通过相对论磁流体动力学模拟，系统研究脉冲星踢速度和星际介质密度对脉冲星风云早期演化的影响。结果表明，典型 500 km/s 的脉冲星踢速度会导致脉冲星风云形态显著不对称，在宿主超新星遗迹内产生明显的偏心位移和畸变；星际介质密度越高，脉冲星风云与反向激波的相互作用越早、越强，同步辐射也随之增强。此外，团队还发现星际介质密度不连续性是导致超新星遗迹 - 脉冲星风云复合系统形态不对称的关键因素：密度差异会造成前向激波传播速度不一致，形成不同半径的壳层，而反向激波与脉冲星风云的相互作用则导致其向低密度区域偏移，偏移程度与密度跃变幅度正相关。相关成果分别发表于《皇家天文学会月报》（Wang, Xia & Fang, 2025, MNRAS, 543, 1214）和《天文学和天体物理学研究》（Xia, Wang, Xian & Fang 2025, RAA, 25, 085006），为解释 G327.1−1.1、MSH 15−52 等年轻脉冲星风云的观测形态提供了合理依据。

四、探索超新星遗迹 - 分子云相互作用的超高能辐射起源

团队建立粒子累积扩散模型，研究超新星遗迹中逃逸的高能质子与分子云通过质子 - 质子相互作用产生伽马射线的机制，并以 W51 复合体这一典型恒星形成区为样本，采用指数截断幂律模型和马尔可夫链蒙特卡洛方法拟合伽马射线观测数据，成功约束了截止动量、扩散指数等关键物理参数。研究发现，超新星遗迹 - 分子云相互作用系统的辐射特性与 LHAASO 观测到的超高能（≥100 TeV）伽马射线源高度吻合，进一步证实这类系统可能是银河系中的 “拍电子伏加速器（PeVatron）” 候选体。该成果为揭示宇宙线的起源和超高能伽马射线源的物理本质提供了重要支撑，发表于《天文学和天体物理学研究》（RAA, Xian & Fang, 2025, 25, 095009）。

五、深化 10 kyr 量级脉冲星风云辐射特性认知

针对年龄约 10 kyr的脉冲星风云研究相对薄弱的现状，团队选取 HESS J1420-607、HESS J1418-609 等 4 个 TeV 伽马射线源，采用时间相关粒子种群模型，系统研究其多波段非热辐射特性。研究发现，这些脉冲星风云均处于粒子主导状态，磁场强度介于几微高斯至 10 微高斯之间，与理论预测的演化阶段相符。团队通过破碎幂律分布拟合注入粒子能谱，成功复现了各源从射电到 TeV 波段的辐射能谱，证实其脉冲星风云起源。该研究填补了中等年龄脉冲星风云演化研究的空白，为追溯伽马射线源成因、理解脉冲星风云从年轻到成熟阶段的演化路径提供了关键数据，相关成果发表于PASP（Wu, Xiao, Fang & Yu, 2025, PASP, 137, 054102）。

六、揭示脉冲星风云向 TeV 晕的过渡机制

HESS J1809-193 作为具有延展成分 A 和致密成分 B 的特殊伽马射线源，其物理本质一直存在争议。团队构建自洽的多区输运模型，耦合时空演化与能量损失过程，首次证实该源正处于脉冲星风云向 TeV 晕的过渡阶段 —— 致密成分 B 对应中心脉冲星风云，延展成分 A 为正在形成的外部晕结构。计算结果显示，TeV 晕区域的粒子扩散系数比银河系星际介质低两个数量级，粒子输运受到显著抑制，模型成功复现了该源多波段辐射能谱。这一发现为理解脉冲星风云的晚期演化及 TeV 晕的形成路径提供了重要理论框架，相关研究近期被《天体物理学杂志》（Xian, Yu & Fang 2025, ApJ, in press）接收待发表。

方军教授团队2025年的系列研究成果，不仅在理论上深化了对高能天体物理关键过程的理解，为相关现象提供了全新的物理机制解释，也为后续多波段观测和更高维度数值模拟提供了重要参考。团队将继续聚焦极端天体物理环境中的粒子加速、磁场演化、辐射机制等核心科学问题，开展更深入的跨学科研究。以上成果受到国家自然科学基金重大项目、地区项目及云南省基础研究计划重点项目的支持。