非线性湍流发电机放大磁场中的宇宙线扩散

宇宙线在湍流磁场中的扩散是理解各种天体物理过程的基础。我们探索了在缺乏强平均磁场的情况下，由非线性湍流发电机放大的磁涨落中的宇宙线扩散。通过测试粒子模拟，我们识别出三种不同的宇宙线扩散机制：镜像扩散、游走扩散和磁矩散射。由于发电机放大磁场的分布高度不均匀，我们发现宇宙线的扩散也是空间不均匀的。我们的结果表明，低能宇宙线优先在强场区域经历镜像和游走扩散，而在弱场区域经历磁矩散射。前两种扩散机制在更低宇宙线能量下发挥更重要的作用，导致整体宇宙线平均自由程的能量依赖性相对较弱。相比之下，高能宇宙线主要经历磁矩散射，其中强场中的不完全粒子回旋（即镜像的极限情况）比小尺度场缠结/反转的散射效应更为显著。与低能宇宙线相比，高能宇宙线在空间上约束更差，其平均自由程具有更强的能量依赖性。我们强调非线性湍流发电机的磁场不均匀性在导致宇宙线扩散行为不同于亚阿尔文MHD湍流中的行为方面所起的基础性作用。