宇宙线与磁场的相对分布

来自宇宙线的同步辐射是探测星系磁场的关键观测手段。解释同步辐射数据需要了解宇宙线数密度，后者常被假设与磁场能量处于能量均分（或紧密相关）状态。然而，没有令人信服的观测或理论理由期望这种紧密相关性在所有尺度上均成立。我们使用测试粒子模拟，追踪带电粒子（质子）在随机磁场中的传播，以研究在尺度与星际介质湍流相关尺度相当（旋涡星系中约为 $\simeq 100\,{\rm pc}$）时的宇宙线分布。在这些模拟中，我们发现宇宙线数密度与磁场能量密度之间不存在空间相关性。事实上，它们的分布近似统计独立。我们发现低能宇宙线会被困在磁镜之间，这些磁镜的位置更多取决于场线结构而非场强。