多相星际介质中的宇宙线输运、能量损失与影响

GeV 能量宇宙线的整体传播速度受到与水磁波频繁散射的限制。大多数考虑此种约束的星系演化模拟假设气体完全电离且宇宙线良好耦合于 Alfvén 波；然而，在星系演化模拟中常未被充分分辨的多相密度不均匀性，会诱发宇宙线碰撞以及由部分中性气体中宇宙线退耦和抬升的流速度所驱动的依赖于电离的输运。宇宙线如何穿行并影响此类介质，我们能否用观测约束这种输运？在本文中，我们模拟了宇宙线前沿撞击理想化的部分中性云团和对数正态分布的团块，包含与不包含依赖于电离的输运。借助这些高分辨率模拟，我们确认云界面为关键区域：宇宙线前沿可在那里发展出阶梯式压力梯度，足以无碰撞地产生波、克服离子-中性阻尼并对云施加力。我们发现，当计入依赖于电离的输运时，冷云的加速仅被阻碍几倍，并额外依赖于磁场强度和云维度。我们还探究了宇宙线如何采样背景气体并量化了碰撞损失。当计入依赖于电离的输运时，强子伽马射线发射图在定性上不同，但总光度仅变化很小因子，因为宇宙线在冷云中的短驻留时间被其所采样的更高密度所抵消。