磁流体动力学湍流及其在动态银河系薄膜中的宇宙射线空间扩散张量
星系天体物理
2025-07-14 v2
摘要
对银河系薄膜中宇宙射线输运的深入理解对于解释各种观测结果至关重要，例如来自高能电子的射电连续辐射测量。其核心重要性在于宇宙射线的空间扩散张量，这可以在背景介质湍流已知时以 ab initio 方式计算。本研究旨在建立一个合适的框架来计算银河系薄膜中磁流体动力学(MHD)湍流的演化，从而计算扩散张量。我们在圆柱网格上数值求解 Reynolds 平均单流体 MHD 方程，假设轴对称并对代表银河中心椭球的边界条件固定。从所得稳态中提取了大尺度 MHD 和小尺度湍流量的物理属性，包括平行和垂直扩散系数的系数。流体力学验证揭示了近轴流动持续不稳定，这可以追溯到银河的引力质量。针对 NGC4631 参数的 MHD 湍流演化结果，使我们能够通过应用最新非线性理论对宇宙射线的空间扩散张量进行 ab initio 计算。模拟结果显示湍流量（即涡流能量、相关尺度和横向旋流）在动态薄膜中的变化。此外，宇宙射线相应的扩散张量在该薄膜中呈现出显著的空间变化。
引用
@article{arxiv.2505.15455,
title = {Magnetohydrodynamic turbulence and the associated spatial diffusion tensor of cosmic rays in dynamical galactic halos},
author = {J. Kleimann and H. Fichtner and M. Stein and R. -J. Dettmar and D. J. Bomans and S. Oughton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.15455},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 7 figures