CR 能谱（CRESP）算法在 PIERNIK MHD 代码中的实现。I. 欧拉网格上宇宙射线电子的谱分辨传播
高能天体物理现象
2021-03-17 v2
摘要
我们提出了一种在欧拉网格上跟踪与 MHD 系统耦合的宇宙射线（CR）谱演化的高效算法。该算法设计用于星系星际介质 MHD 模拟中 CR 能谱演化的研究。CR 输运的基础算法依赖于双矩分段幂律方法，也称为粗粒度动量终体积（CGMV）法，用于求解 Fokker-Planck CR 输运方程，其动量 bin 数量少，但覆盖动量坐标数个数量级。我们提出了对 CGMV 的扩展，新增一项特性，允许动量边界随粒子群分布极值附近的 CR 动量增益或损失而变化。我们的扩展涉及对包含谱截断的动量 bin 的特殊处理。与固定宽度的常规 bin 不同，这些 bin 具有可变宽度，且其外边界与谱截断重合。截断位置由外 bin 中的粒子数密度和能量密度估计得到，针对一个代表 CR 谱能量密度最小物理显著水平的附加小参数假定值。我们进行了一系列基本测试以验证该算法，并尽可能证明测试模拟结果在合理精度上与类似解析解结果一致。在更复杂的星系 CR 驱动风问题测试中，我们获得了与关于 CR 群体的平流、扩散、绝热和同步辐射冷却效应预期相符的结果。
引用
@article{arxiv.2009.06941,
title = {Implementation of CR Energy SPectrum (CRESP) algorithm in PIERNIK MHD code. I. Spectrally resolved propagation of CR electrons on Eulerian grids},
author = {Mateusz Ogrodnik and Michał Hanasz and Dominik Wóltański},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.06941},
year = {2021}
}
备注
Accepted for ApJS, 23 pages, 9 figures