黑洞环境中的随机加速过程产生的中子

IceCube探测器的最近实验结果及其现象学解释表明，靠近的X射线亮恒星系的磁化湍流冠层可通过光子-质子相互作用产生~1-10 TeV能量级的中子。我们详细探讨了这些环境中随机加速的物理机制，并检验了推断质子谱能否得到解释。为此，我们利用了关于湍流中粒子加速的最新研究成果，特别关注动量空间中的输运方程、冠层外部的湍流输运以及冠层中的流体力学输运。首先，我们指出所得谱对加速率（例如Alfvén速度）高度敏感。随后，我们检验了三种原型场景：一种是以试验粒子图景下的湍流加速，另一种是粒子被湍流预加速后再经剪切加速能量提升，以及最后一种是考虑粒子对湍流的反馈（耗散）效应，自我调节加速过程。我们显示，在这三种情况下都可以获得对推断质子谱的满意拟合，但我们强调在前两种场景中，必须以人为方式固定超热质子能量内容以匹配接近湍流能量密度的推断谱。有趣的是，湍流耗散导致的自我调节加速自然使超热粒子能量内容接近湍流能量，从而无需额外微调即可再现推断的能量水平。