高能宇宙线在磁流体动力学湍流中的各向异性扩散
高能天体物理现象
2025-01-10 v1
摘要
宇宙线（CR）的起源及其传播方式仍不清楚。研究CR在磁流体动力学（MHD）湍流中的传播有助于理解与CR起源及湍流磁场作用相关的许多未解问题。为了理解近源区域的慢扩散现象，我们研究了CR与周围湍流磁场的相互作用，以揭示其普适规律。我们以脉冲星风云为一般研究案例，数值研究了CR与周围湍流磁场的相互作用。以磁化参数和湍流谱指数为自由参数，结合辐射损失，我们进行了三组模拟，分析了CR的能谱、空间分布以及可能的CR扩散类型。我们的研究表明：（1）CR能量密度随其有效半径和动能呈幂律分布衰减；（2）CR空间分布的形态强烈依赖于磁湍流的性质和观测视角；（3）CR在源附近经历慢扩散，远离源时经历快/正常扩散；（4）平均CR能量密度与磁化参数之间存在幂律关系，且该关系独立于CR能量和辐射损失；（5）辐射损失可以抑制CR各向异性扩散，并使CR能量密度的幂律分布变软。湍流磁场与CR之间建立的分布规律呈现内在属性，为理解与湍流级联相关的复杂天体物理过程提供了便捷途径。
引用
@article{arxiv.2501.04986,
title = {Anisotropic diffusion of high-energy cosmic rays in magnetohydrodynamic turbulence},
author = {Na-Na Gao and Jian-Fu Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.04986},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 8 Figures. Accepted for publication in A&A