同步辐射发射的谱指数：来自弥漫磁化星际介质的启示

银河系同步辐射观测的解释因视线方向垂直磁场强度 $B_\perp$ 与宇宙线电子（CRe）能谱之间的简并而变得复杂。根据观测频率的不同，通常假设CRe能谱具有与能量无关的谱能量斜率 $s$：$s=-2$ 在频率低于 $\simeq$400 MHz 时，而 $s=-3$ 在更高频率时。受当前设备（如低频阵列（LOFAR））和未来望远镜（如平方公里阵列（SKA））的高角分辨率和频谱分辨率推动，我们旨在理解在分析亮度温度谱指数 $\beta$ 的空间变化以及估计沿视线方向 $B_\perp$ 的平均值时，考虑能量相关的CRe谱能量斜率所带来的后果。我们解析地并数值地说明了CRe能谱的不同实现方式对 $\beta$ 空间变化解释的影响。我们发现，常见的与能量无关的 $s$ 假设仅在特殊情况下成立。我们表明，对于弥漫星际介质的典型磁场强度（$\simeq$2$-$20 $\mu$G），在 0.1$-$10 GHz 频率下，主要负责同步辐射发射的电子能量处于 $\simeq$100 MeV$-$50 GeV 范围。这正是CRe谱斜率 $s$ 变化最大的能量区间。我们还表明，偏振度可能远小于最大值 $\simeq 70\%$，因为 ${\bf B}_\perp$ 的方向在望远镜波束内及沿视线方向上均存在变化。最后，我们给出了一幅查找图，可用于在给定CRe能谱下，根据在厘米到米波长测得的 $\beta$ 值集合来估计沿视线方向的 $B_\perp$ 平均值。