超新星遗迹逃逸宇宙射线的非线性扩散——I. 中性粒子的效应

超新星遗迹被认为是银河宇宙线（CR）的主要来源。在此框架下，粒子在超新星遗迹激波处被加速，随后释放到星际介质中。CR 的释放机制及其传播方式仍是悬而未决的问题。主要困难在于该问题的高度非线性：CR 本身会激发磁湍流，从而将它们约束在源附近。我们数值求解了描述逃逸粒子与由 CR 流不稳定性产生的波在空间和时间上演化的耦合微分方程。考虑了星际介质的暖电离相和暖中性相。这些相占据了盘体积的最大部分，大多数超新星在此爆发，并以中性粒子的显著存在为特征。这些中性粒子与离子之间的摩擦导致了一种非常有效的波阻尼机制。研究发现，即使存在离子-中性摩擦，流不稳定性仍会影响 CR 的传播。在遗迹周围几十秒差距的区域内，扩散系数可被抑制超过 $\sim 2$ 倍。距离越近，抑制越强。$\approx 10$ GeV 粒子的传播在逃逸后数万年期间受到影响，而 $\approx 1$ TeV 粒子则受影响数千年。这可能对解释位于超新星遗迹附近的分子云的伽马射线观测产生重大影响。