宇宙线流体动力学不同闭合关系的比较

宇宙线（CR）流体动力学是一个（重新）兴起且备受关注的领域，原因在于 CRs 对星际、环星系与星系团介质的动力学演化十分重要。在这些环境中，GeV 能量级的 CRs 可通过调节恒星形成、驱动星系风或改变星系晕的压力平衡来影响大尺度动力学。近期的努力使学界焦点从 CR 输运的一矩描述转向二矩模型，因为后者能更精确地描述影响 CR 群体的微观物理。与所有流体动力学理论一样，这些二矩方法需要闭合关系以获得一致且封闭的演化方程集合。本文旨在量化不同闭合关系对所得解的影响。为此，我们回顾常见的 P1 与 M1 闭合关系，推导一种新的四矩 H1 描述用于 CR 输运，并描述如何将阿尔文波引起的 CR 散射纳入这三种流体动力学模型。尽管相较于使用离散坐标近似的更精确辐射转移模拟，P1 与 M1 近似中辐射的输运性质存在显著差异，但在忽略 CR 散射的自由流极限下，我们发现三种流体动力学 CR 输运模型之间仅存在微小差异。最为重要的是，在星际、环星系或星系团介质等 CR 散射频繁的实际情况中，这些差异消失，所有给出的流体动力学模型产生相同结果。