宇宙线驱动的星系风物理 II：等温流束解

我们使用解析计算和随时间变化的球对称模拟来研究由以阿尔文速度流束传播的宇宙线(CRs)所驱动的等温星系风的性质。模拟产生了受强激波渗透的随时间变化的流动；我们识别出一种激发这些激波的声波新线性不稳定性。激波显著改变了风动力学，使先前的稳态模型失效：CR压强$p_c$具有阶梯状结构，在大部分体积内$dp_c/dr \simeq 0$，且时间平均的CR能量学在许多情况下更好地近似为$p_c \propto \rho^{1/2}$，而非典型的$p_c \propto \rho^{2/3}$。考虑到CR能量学的这一变化，我们解析推导了由CR流束驱动的星系风中质量损失率、动量通量、风速和风动能功率的新表达式。我们表明流束CR在直接驱动冷气体离开星系方面效率低下，尽管在更热ISM相中的CR驱动风可能夹带冷气体。在相同物理条件下，扩散CR输运(论文I)产生的质量损失率比流束输运大几百倍，渐近风功率大约大$\simeq 4$倍。我们讨论了我们的结果对星系风理论和观测的意义；由CR流束诱导不稳定性驱动的强激波产生具有广泛密度和温度范围的气体，与观测到的风的多相性质一致。我们还量化了等温气体近似对模拟流束CR的适用性，并强调了使用更真实热力学进行计算的必要性。