恒星形成星系盘模拟中的宇宙线传输

星系尺度上的宇宙线传输依赖于磁化、多相星际介质（ISM）的详细性质。本工作中，我们对一个高分辨率 TIGRESS 磁流体动力学模拟（模拟局部星系盘区块）进行后处理，采用宇宙线传输的双矩流体算法。我们考虑了多种宇宙线描述方案，从具有恒定散射系数的简单纯扩散形式，到由物理动机驱动的模型——其中散射系数由流驱动阿尔文波激发与由局地气体性质介导的阻尼之间的临界平衡所决定。我们分别关注动能约 $\sim 1$ GeV（高能）与约 $\sim 30$~MeV（低能）的宇宙线，二者分别对 ISM 动力学与化学起重要作用。我们发现，同时考虑宇宙线的平流、流输运与扩散对于正确建模其传输至关重要。平流在高速、低密度、高温相中占主导，而扩散与流输运在较高密度、较冷相中更为重要。我们的物理动机模型表明，宇宙线传输不存在单一扩散率：散射系数变化达四个或更多数量级，在密度 $n_\mathrm{H} \sim 0.01\, \mathrm{cm}^{-3}$ 处最大。阿尔文波的电离-中性阻尼导致强扩散以及 ISM 大部分质量内近乎均匀的宇宙线压强。然而，宇宙线被周围低密度、高电离气体中更高的散射率困在盘 midplane 附近。高能宇宙线的传输不同于低能宇宙线，后者扩散效率更低且能量损失更大。