重访星形星系中的射电同步辐射诊断

射电连续谱观测广泛用于研究星形星系中的 cosmic ray（CR）电子 population 和 transport processes，但其解释依赖于 several simplifying assumptions。我们重新审视了三个常见假设：即 some vertical radio profiles 可以仅通过 CR advection 来解释，射电谱直接追踪 galaxy-wide CR electron spectrum，以及 bremsstrahlung 和 Coulomb 损耗对射电发射电子的影响可以忽略。我们使用在 MilkdWay 质量星系中进行的 magnetohydrodynamical simulation 中的 time-dependent CR electron evolution 来建模射电辐射。CR electron 谱在 Lagrangian tracer particles 上 self-consistently 进化，包括来自 supernova remnants 的注入、随气体的 advection，以及 spatially和 temporally varying 的 radiative losses。我们将这些结果与常采用的 steady-state 模型进行比较。我们发现，尽管在 self-consistently driven 的 galactic winds 中仅使用 advection 传输无法再现 edge-on 星系中观察到的 extended vertical radio intensity profiles，但能够再现 observed spectral indices 随高度的 steepening。这是因为 slowly accelerating winds 将电子保留在 strong cooling 环境中时间过长。仅靠 advection 匹配观察到的射电 halo 需要极不现实的 midplane wind velocities，这意味着需要额外的 transport 或 re-acceleration process。尽管 galaxy-integrated CR electron 谱在 radio-emitting 能量范围内与模型相似，但 resulting synchrotron spectra 因 radio emission 偏向于 dense、strongly magnetised 区域的 young electrons 而系统性地不同。最后，我们表明 bremsstrahlung 和 Coulomb 损耗显著塑造射电谱，即便其 loss rate 虽然次于主要损耗，也不能被忽略。