原子宇宙射线电子光谱的演化：恒定状态还是非恒定状态？

宇宙射线（CR）电子是追踪星系中非热过程的关键指示器，但其光谱常在注入与冷却之间假设为恒定状态。本文我们采用 CREST 代码对 CR 电子在星系背景下的时变模型进行了研究，应用 AREPO 对一颗独立的银河质量星系进行磁流体力学模拟。CR 电子在超新星爆炸处注入，并在拉格朗日轨迹粒子上演化，包括绝热变化和冷却过程，涵盖同步辐射、逆 Compton、bremsstrahlung 和库仑相互作用的损失。我们将这些完全时变的光谱与使用 CRAYON+ 计算的局部和全局恒定状态模型，以及一种一区解析恒定状态解进行比较。我们发现模拟的星系盘中全局 CR 电子光谱在 500 GeV 能量处接近恒定状态解，仅在更高能量处出现偏离，其中冷却时间小于注入时间。高能电子由最近注入的 Population 主导，这些 Population 尚未达到平衡，导致其光谱更陡峭且归一化值低于恒定状态模型所预测。从空间分布来看，CREST 实时建模的电子更集中于星形成盘，而恒定状态后处理模型则更为扩散。我们的结果表明，虽然恒定状态假设能捕捉星形成盘中大部分 CR 电子 Population，但对高能量和外流组件的描述仍需时变处理。