高分辨率磁流体动力学湍流中的自相似宇宙射线传输

我们研究了宇宙射线 (CRs) 通过分辨率达 $10{,}240^3$ 的磁流体动力学 (MHD) 湍流传输。我们驱动的湍流是亚声速且超 Alfv\'enic，特征为 $\delta B_{\rm rms}/B_0=2$。高分辨率使得激发范围的 Alfv\'en 标度 $l_A$，其中 $\delta B (l_A)\approx B_0$，得到良好解析。这使我们能够正确捕捉从大尺度大�幅到小尺度小�幅的级联如何转换。我们发现磁场的锐利弯曲是粒子传输的关键中介者，即使在小尺度上也是如此，通过共振曲率散射实现。我们进一步发现粒子散射显示出强烈的自相似迹象：(1) 扩散在粒子能量几乎两个数量级范围内表现出弱能tage 依赖；(2) 粒子随机游走呈现广泛的幂律分布的碰撞时间分布，使得扩散主要由稀有的、长距离漂移主导。我们的结果表明大�幅 MHD 湍流可在宽广的 CR 能量范围内提供有效散射，可能有助于解释上述 TeV 以上大量 CR 观测：B/C 谱的平坦化、CR 主要谱的硬化以及到达各向异性强度对 CR 能量的弱依赖。