宇宙线对多相气体中星系外流的加速作用

我们利用包含双矩宇宙线求解器的数值磁流体动力学（MHD）模拟以及恒星形成星系盘的TIGRESS模拟，研究了宇宙线（CRs）与多相星际介质（ISM）之间的动力学相互作用。我们此前采用“后处理”方法研究了TIGRESS输出中的宇宙线输运，现在则评估了MHD对宇宙线压力的反作用效应。我们证实了之前的结论，即在多相ISM气体中存在三种截然不同的宇宙线输运模式，同时也发现“实时MHD”模拟预测出更平滑的宇宙线压力分布。中平面附近的宇宙线压力与气体中的其他压力分量相当，但宇宙线的标高要大得多。接下来，为了理解宇宙线在驱动星系外流中的作用，我们在$z=500$ pc以上的盘外区域进行了一组受控模拟，并施加了从中平面流入该区域的边界条件。我们探索了注入热气体的热力学和运动学性质范围，涵盖了炽热、快速移动的外流和较冷、较慢移动的外流。宇宙线能量密度和通量的边界条件根据底层TIGRESS模型中的超新星率进行标度。我们的模拟揭示，如果盘外物质主要是暖/暖热气体，宇宙线能有效加速这些物质，此时宇宙线以阿尔芬速度流动，且有效声速随密度降低而增加。相比之下，即使注入的宇宙线动量通量超过注入的MHD动量通量，宇宙线对阿尔芬速度较小的快速热外流也几乎没有影响。