星系中谱分辨宇宙线的伽马射线发射

宇宙线（CRs）在近邻星系的星际介质（ISM）中无处不在，但其许多性质尚未被很好约束。伽马射线观测在这方面提供了有力工具，使我们能够同时约束CR质子与ISM的相互作用及其输运性质。为更好理解观测特征与CR物理之间的联系，我们使用一系列在每一个计算单元中采用谱分辨CR输运的磁流体动力学（MHD）AREPO孤立星系模拟，并借助CRAYON+（Cosmic RAY emissiON）代码计算后续伽马射线发射。在每一个模拟晕中，对CR能量依赖空间扩散的建模导致高能（~100 GeV）伽马射线分布比“灰色”稳态模型所预测的更为延展，这一点在相应的发射图与径向轮廓中尤为明显。尽管如此，总伽马射线能谱常可被稳态模型很好近似，尽管要恢复相同谱指数通常需要扩散系数能量依赖的微小变化。我们的模拟再现了近邻恒星形成星系的观测谱指数与伽马射线能谱，并吻合近期远红外–伽马射线关系的观测。然而，我们发现相较于CR的灰色模拟，谱分辨模型在较低恒星形成率下给出的光度略小。我们的工作凸显了建模谱分辨CR输运对于准确预测空间分辨高能伽马射线发射的重要性，这正将被即将到来的切伦科夫望远镜阵列天文台所探察。