高度磁化等离子体中宇宙射线的对流各向异性

最近，Zhang & Liu (2024) 提出了一种用于描述宇宙射线 (CR) 多尺度各向异性的湍流对流模型，假设其各向异性在统计上各向同性。然而，这一假设可能不现实，因为 TeV 级 CR 的观测结果表明局部星际背景磁场的重要性。为此，需要将湍流对流情景扩展到各向异性扩散情形。本文聚焦于采用各向同性 pitch-angle 散射的平行扩散情形，这可能是由于在磁力管中由弱磁水动力波驱动的传输过程的近似。其结果是统计各向同性被打破，而整体角功率谱的形状 $\overline{C_\ell} \propto \ell^{-\gamma -1}$ ($\ell \gg 1$) 仍与各向同性扩散模型中类似，其中 $\ell$ 为球谐函数的次数，$\gamma$ 为对流场的湍流谱指数。因此，预计 TeV CR 小尺度角功率谱的 power-law 指数可由柯尔莫哥洛夫定律 $\gamma =5/3$ 来解释，尽管存在一定程度的背景磁场影响。