离子阿尔文速度涨落及其对流动宇宙线扩散的启示
星系天体物理
2022-08-09 v3 流体动力学
摘要
恒星形成星系的星际介质（ISM）具有磁化与湍流特征。宇宙线（CRs）在其中传播，能量约从 的宇宙线很可能受流不稳定性影响，即波阻尼过程与宇宙线对共振离子阿尔文波的激发相平衡，达到宇宙线传播速度非常接近局地离子阿尔文速度的均衡态。因此流动宇宙线的输运对离子阿尔文速度涨落敏感。本文利用大集合的可压缩 MHD 湍流模拟系统研究这些涨落。我们表明，对于亚阿尔文湍流（适用于强磁化 ISM），离子阿尔文速度概率密度函数（PDF）仅由平行于磁场的激波气体密度涨落决定，并建立了直至二阶矩的离子阿尔文速度 PDF 解析模型。对于超阿尔文湍流，磁与密度涨落以复杂方式相关，这些相关性及磁涨落贡献共同决定离子阿尔文速度 PDF。我们讨论了这些发现对经历流不稳定性的宇宙线底层“宏观”扩散机制的启示，包括建立亚阿尔文等离子体中平行输运的宏观扩散系数模型。我们还描述了对于高度磁化湍流气体，如何利用气体密度 PDF 乃至柱密度 PDF，从磁化 ISM 观测中获取离子阿尔文速度结构信息。
引用
@article{arxiv.2203.13952,
title = {Ion Alfv\'en velocity fluctuations and implications for the diffusion of streaming cosmic rays},
author = {James R. Beattie and Mark R. Krumholz and Christoph Federrath and Matt Sampson and Roland M. Crocker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.13952},
year = {2022}
}
备注
Invited submission accepted for publication in Frontiers in Astronomy and Space Sciences: Multi-scale Magnetic Field Measurements in the Multi-Phase Interstellar Medium; 46 pages; 12 Figures, 2 tables