小尺度磁场对塑造太阳伽马射线发射至关重要

由于强子宇宙线与太阳气体相互作用，太阳是一个明亮的伽马射线源。尽管已知入射宇宙线通常须先被太阳磁场反射才能产生出射伽马射线，但理论模型尚未能重现观测到的能谱。我们引入一个简化的太阳磁场模型，捕捉与伽马射线产生相关的主要要素：一个代表网络单元的磁通管，以及一个代表颗粒间片的磁通片。管与片均具有约 $100~{\rm km}$ 的水平尺度，并作为宇宙线被反射、伽马射线产生的场所。尽管我们的简化双结构模型未能捕捉太阳表面磁场的所有复杂性（如波相互作用产生的阿尔文湍流或对流运动引起的磁涨落），但它改进了先前的模型，合理地同时产生了 Fermi-LAT 在 $\text{1--200}~{\rm GeV}$ 观测到的硬能谱以及 HAWC 在近 $10^3~{\rm GeV}$ 观测到的明显更软的能谱。我们表明低能（$\lesssim 10~{\rm GeV}$）伽马射线主要在网络单元中产生，而高能（$\gtrsim {\rm few} \times 10~{\rm GeV}$）伽马射线在颗粒间片中产生。值得注意的是，HAWC 观测到的能谱变软源于有限尺度的颗粒间片对 $\sim 10^4~{\rm GeV}$ 宇宙线的捕获与反射能力有限。我们的研究对理解太阳大气中的宇宙线输运十分重要，并将带来关于光球层小尺度磁场的见解。