含各向异性热传导与绝热宇宙射线的热不稳定性：对星系团中冷丝状结构的启示

对邻近星系团核心的观测显示了 H$\alpha$ 和分子发射线丝状结构。我们认为这些是全局稳定的星系团核心中局部热不稳定性的结果。我们针对适合星系团内介质 (ICM) 的条件，进行了局部、高分辨率、二维磁流体动力学热不稳定性模拟；这些模拟包含了沿磁力线的热传导和绝热宇宙射线。热传导抑制了沿磁力线上小于场长（对于高温、稀薄的 ICM，$\gtrsim$10 kpc）尺度上的热不稳定性。我们表明，为了获得数值收敛的结果，必须沿磁场方向及其垂直方向同时分辨冷介质中的场长。由于垂直于磁场方向的热传导可忽略不计，热不稳定性在垂直方向上导致了精细尺度结构。因此，沿磁力线的冷气体丝状结构是具有各向异性热传导的热不稳定性的自然结果。在非线性阶段，冷（$\sim 10^4$ K）气体丝状结构的长度（沿磁场方向）应与冷介质中的场长相当，即 $\sim 10^{-4}$ pc！然而，观测表明，星系团中的原子丝状结构要广阔得多，约为 $\sim 10$ kpc。宇宙射线压力支撑（或小尺度湍流磁压）可能解决这一差异：即使稀薄 ICM 中存在极小的宇宙射线压力（约为热压的 $\sim 10^{-4}$），也可以通过绝热压缩在冷丝状结构中提供显著的压强支撑。这在定性上与为解释丝状结构中观测到的原子和分子线比而引入的大量宇宙射线相一致。