化石星系团气泡中的宇宙线囚禁

大多数具有冷核的星系团中心都拥有活动星系核 (AGN)。这些 AGN 膨胀出含有非热射电辐射粒子的浮力气泡。如果此类气泡能有效囚禁宇宙线 (CR)，则可解释在远离星系团中心处观测到的“射电幽灵”(radio ghosts)。我们模拟了来自 AGN 膨胀浮力气泡的宇宙线扩散过程。我们的模拟包含了由磁场引入的各向异性粒子扩散效应。我们的模型与 AGN 气泡的 X 射线形态一致，其中磁包络 (magnetic draping) 效应抑制了气泡的破裂。我们得出结论，对于此类磁场拓扑结构，即使平行扩散系数非常大，大部分宇宙线也能在浮力上升的时间尺度内被囚禁在气泡内部。若是同等水平的各向同性扩散，宇宙线将从气泡中过快泄漏，从而与射电观测不符。因此，与磁场抑制 CR 扩散相关的长囚禁时间可以解释射电幽灵的存在。我们表明，宇宙线的部分逃逸主要局限于上升气泡的尾迹中，并推测这种效应可能：(1) 解释 Perseus 星系团中气泡后方拖曳的 H$\alpha$ 丝状结构的激发；(2) 向被气泡抬升的富金属材料注入熵，从而有助于将其永久位移出星系团中心；以及 (3) 通过扩散宇宙线与热星系团内介质 (ICM) 的相互作用产生可观测的 $\gamma$ 射线。