各向同性介质中光子重复康普顿散射数值方法的比较
宇宙学与河外天体物理
2021-08-18 v1 高能天体物理现象
摘要
光子与热电子的重复康普顿散射是许多天体物理等离子体中起作用的基本过程之一。求解精确的演化方程十分困难，一种常见的简化基于康普顿碰撞项的福克-普朗克(Fokker-Planck, FP)近似。在此，我们对若干FP方法与精确散射核解进行了详细的数值比较，针对一系列测试问题，假设各向同性介质及不同温度下的热电子。作为最广泛使用的FP近似之一，Kompaneets方程未能考虑克莱因-仁科(Klein-Nishina)修正以及高能下的增强多普勒 boosting 与反冲。这些可通过基于散射核精确一阶与二阶矩的另一种FP方法来处理。如本文所示，后一种方法在稀薄介质中表现很好，但在多次散射极限下本质上无法重现正确的平衡解。我们澄清了FP近似的适用条件，总体表明Kompaneets方程对完整问题提供了最稳健的近似，即便在许多情况下并不精确。在数值分析的最后，我们简要说明了在红移 时光子注入后宇宙微波背景(CMB)的谱畸变解，此时双康普顿与轫致辐射发射可忽略。我们证明，使用由{\tt CSpack}计算的散射核进行精确处理常常是必需的。本工作应为从高能粒子级联精确计算CMB谱畸变迈出重要一步。
引用
@article{arxiv.2105.04496,
title = {Comparison of numerical methods for computing the repeated Compton scattering of photons in isotropic media},
author = {Sandeep Kumar Acharya and Jens Chluba and Abir Sarkar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.04496},
year = {2021}
}
备注
Comments welcome