恒星形成星系的同步辐射谱指数与星际介质密度

同步辐射的谱指数是理解宇宙射线电子（CREs）和星际介质（ISM）性质的重要参数。我们在亚千秒差距尺度上测定了四个邻近恒星形成星系（NGC 4736、NGC 5055、NGC 5236和NGC 6946）的同步辐射谱指数（$\alpha_{\rm nt}$）。所有星系的$\alpha_{\rm nt}$均在0.33至1.4 GHz之间测定。我们发现，在总中性（原子+分子）气体面密度$\Sigma_{\rm gas} \gtrsim \rm 50~M_\odot pc^{-2}$的区域（通常位于星系旋臂和内部区域），谱指数较平坦（$\gtrsim -0.7$）。在$\Sigma_{\rm gas} \lesssim \rm 50~M_\odot pc^{-2}$的区域，尤其是星系旋臂间和外部区域，谱指数急剧变陡至$<-1.0$。$\alpha_{\rm nt}$的平坦化不太可能是由0.33 GHz处的热自由-自由吸收引起的。我们的结果与以下情景一致：在低于$\sim0.3$ GHz频率发射的CREs主要受轫致辐射和/或电离损失主导。对于密度更高（$\Sigma_{\rm gas} \gtrsim \rm 200~M_\odot pc^{-2}$）且具有强磁场（$\sim 30~\mu$G）的区域，$\alpha_{\rm nt}$比$-0.5$更平坦，这可能是由电离损失引起的。我们发现，由于ISM的团块性质，这种致密区域仅覆盖星系的一小部分（$\lesssim5$%）。因此，星系整体谱可能不会显示此类损失机制的迹象，并在较宽的射电频率范围（$\sim 0.1$至10 GHz）内保持幂律形式。