FIRE模拟中的宇宙线反馈：用GeV伽马射线辐射约束宇宙线传播

我们展示了宇宙线 (CR) 反馈在 Feedback In Realistic Environments (FIRE) 模拟中的实现及首批结果。我们在矮星系、亚$L\star$星暴星系和$L\star$星系的非宇宙学模拟中，通过包含平流、各向同性与各向异性扩散，以及沿场线流的不同传输系数，研究了CR反馈。我们使用双矩方法，在高分辨率星系中同时模拟了CR扩散与流。我们对附近星系和星暴星系的$\gamma$射线辐射观测进行了正向建模与比较。我们用恒定的各向同性扩散系数$\kappa \sim 3\times 10^{29}\,{\rm cm^{2}\,s^{-1}}$重现了矮星系和$L\star$星系的$\gamma$射线观测。仅平流和仅流模型在矮星系和$L\star$星系中产生的$\gamma$射线光度大了数量级。我们表明，在符合$\gamma$射线观测的模型中，大多数CR在发生显著的碰撞损失之前逃离低气体密度星系（例如矮星系），而星暴星系是CR质子量能计。虽然绝热损失可能很显著，但它们仅在CR逃离星系后发生，因此对$\gamma$射线发射率仅有次要影响。CR被“困”在恒星形成盘中的模型具有较低的恒星形成效率，但这些模型被$\gamma$射线观测排除。对于符合$\gamma$射线观测的具有恒定$\kappa$的模型，CR形成了尺度高度为几千秒差距至几万秒差距的延伸晕。