Untersuchung des Diffusionsmechanismus kosmischer Strahlenteilchen

Kontext. Eine zunehmende Anzahl von Beobachtungen hat auf die Existenz von langsamen Diffusionsphänomenen in astrophysikalischen Umgebungen hingewiesen, wie zum Beispiel um die Überreste von Supernovae und Pulsar-γ-Strahlen-Halos, wo der Diffusionskoeffizient von kosmischen Strahlen (CRs) in der Nähe der Quelle erheblich kleiner ist als weit entfernt von der Quelle. Die inhomogene Diffusion weist auf die Existenz mehrerer Diffusionsmechanismen hin. Ziel. Im Vergleich zur Spiegelungdiffusion der CRs wollen wir deren Diffusionseigenschaften in verschiedenen magnetohydrodynamischen (MHD) Turbulenzregimen erforschen und den Einfluss verschiedener MHD-Modi auf die Spiegelung und Streuung der Diffusion verstehen. Methoden. Wir führten numerische Simulationen mit der Testpartikelmethode durch. Innerhalb des globalen Bezugssystems maßen wir zunächst die parallele und senkrechte CR-Diffusion und bestimmten dann die mittlere freie Weglänge der CRs mit variierenden Energien. Ergebnisse. Unsere Hauptergebnisse zeigen, dass (1) CRs einen Übergang von Superdiffusion zu normaler Diffusion erfahren; (2) die Spiegelungdiffusion wichtiger ist als die Streudiffusion zur Eindämmung von CRs; (3) die CR-Diffusion stark von den Eigenschaften der MHD-Turbulenz abhängt; und (4) magnetosonische und Alfvén-Moden die parallele und senkrechte Diffusion der CR-Partikel respektive dominieren. Schlussfolgerungen. Die Diffusion von CRs ist ein komplexes Problem, das die Spiegelung- und Streudiffusion mischt. Die Eigenschaft turbulenter Magnetfelder beeinflusst die CR-Diffusion. Die langsame Diffusion von CRs aufgrund der Präsenz von magnetischen Spiegeln in Turbulenz hat wichtige Auswirkungen zur Erklärung von Beobachtungen in der Nähe einer CR-Quelle.