可压缩磁化湍流中宇宙射线的超扩散

由于湍流磁场的复杂性，对宇宙射线扩散进行建模具有挑战性。基于当前对各向异性磁流体力学（MHD）湍流的理解，我们使用测试粒子检验宇宙射线在垂直于平均磁场方向上的超扩散。通过改变可压缩 MHD 模拟的 Alfven 马赫数 $M_A$ 和声马赫数 $M_S$，我们的研究涵盖了广泛的天体物理条件，包括亚声速暖气体相和超声速冷分子气体。我们表明，自由 streaming 的宇宙射线的垂直位移随其沿局部磁场线传播时间的 3/2 次幂增加。如果平行传播是扩散性的，该幂律指数变为 3/4。我们发现，在超声速湍流中，宇宙射线的平行平均自由程以 $M_A^{-2}$ 的幂律关系减小。我们研究了慢模、快模和 Alfven 模的能量分数，并证实了 Alfven 模在垂直超扩散中的主导地位。特别地，作为 pitch-angle scattering 主要媒介的快模能量分数随 $M_A$ 增加而增加，但对 $M_S \ge 2$ 不敏感。因此，我们的结果表明，超声速分子云中受抑制的扩散主要源于 $M_A$ 而非 $M_S$ 的变化。