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引言
活动星系核的多波长光子是天文界和物理界的研究热点之一。为了理解多波长的复杂耀斑行为，需要模仿产生差别辐射的带电粒子，而且定量阐发宇宙射线的输运机造，进而实现对电磁波谱和中微子的看测。研究提出了一种定量阐发宇宙射线传布机造、模仿耀类星体的非热发射特征的办法。研究成果表白，在考虑的高能光子和中微子发射能量范畴内，发作了从扩散传布到弹道传布的改变，不只显著影响耀斑的光谱能量散布，并且也显著影响了耀斑的光曲线。
研究过程
做者针对射线粒子的扩散与弹道传布展开了详尽研究，研究成果展现了粒子的能量 (E) 与在磁场强度 (B) 和磁场的相关长度 (lc) 乘积，即 Bⅹlc 的关系。图 1 所示灰色暗影区域为粒子扩散区域，蓝色区域为粒枪弹道传布区域。
图 1. 在磁场强度 (B)，磁场的相关长度 (lc) 和粒子能量 (E) 的依靠关系中，准弹道区域 (蓝色) 和共振散射区域 (灰色) 示企图。
展开全文
基于假设量粒的半径为 R~1012~1016m，相关长度 lc = 0.01⋅R，能够确定等离子体笼盖的参数空间在近似 1010m lc 1014m 的范畴内。高能光子的能量范畴约为从 GeV~1016 eV，中微子探测发作在量子能量范畴约为 2.1013 eV~1017 eV，该研究成果对看测到的能谱有间接影响。根据目前的研究成果能够认为光子跃迁能约为 1014 eV，而且次要在纯扩散形态下停止传布，中微子的跃迁能约为 5.1013 eV，其能量范畴在 10 TeV 到几个 PeV 之间，那个过渡区正好落在相关参数范畴内，因而以弹道传布、扩散传布的形态均有呈现。
做者还针对射线粒子在等离子体中的传布时域停止了研究，包罗过渡到扩散传布的时间标准，量化到达必然扩散水平所需的时间 (图 2)，粒子能量、磁场性量和轨迹对已经扩散传布的粒子比例的影响 (图 3)。
图 2. 在用扩散方程模仿输运时，常数扩散粒子比率的时间演化。
图 3. 差别粒子能量、磁场性量和轨迹对已经扩散传布的粒子比例的影响，此中垂曲线阐了然弹道粒子传布穿过响应的黑点半径所需的时间。
研究通过模仿宇宙射线在沿射流轴运动的活动星系核等离子体中的传输，详尽研究了弹道与扩散传布的影响 (假设光子和气体目标互不骚乱)。图 4 展现了具有差别能量 E 的粒子的运行扩散系数 κ(t) 的成果，关于低能量，即 105 GeV (棕色)、105.5 GeV (紫色)、106 GeV (红色) 和 106.5 GeV (绿色)，粒子在颠末初始弹道阶段后可做为稳态扩散系数，而因为更大的能量 107 GeV (橙色) 和 108 GeV (蓝色) 的粒子在到达稳态扩散极限之前就分开了等离子体，因而无法看测到稳态形态。
图 4. 粒子能量在 105~108 GeV 范畴时其活动扩散系数 κ(t)。
105 GeV~106 GeV 之间粒子的稳态扩散系数随能量的函数，如图 5 所示。
图 5. 105 GeV~106 GeV 之间粒子的稳态扩散系数随能量的函数。
粒子能量为 108 GeV 时，其扩散和运动方程行为，如图 6 所示。当 t = 0 时，等离子体外球中粒子数量略多，与等离子体中粒子初始平均散布的统计误差能够阐明运动方程的初始略微下降现象。跟着 t 的增大粒子处于扩散阶段，此时大量的粒子分开等离子体，等离子体中的粒子密度比运动方程办法低得多，因而其呈现截行现象的时间较早。模仿成果强调了在恰当的输运机造中传布粒子的重要性。
图 6. 在扩散传布模子 (橙色向下三角形) 和弹道传布模子 (蓝色向上三角形) 中，宇宙射线耀斑 (E = 108 GeV) 做为单元时间差分粒子数 dN/dt 随时间的改变，此中注进粒子数 Ninj = 105。
总结与讨论
本文研究了高能宇宙射线源在耀类星体等离子体中的传布形式。做者根据弹道和扩散输运的差别能量和时间机造，阐了然高能发射的光谱能量散布和光曲线。做者通过开发一种用于相对论性等离子体中粒子传布的新编码，实现了弹道传布能够在测试粒子办法中停止；通过随机微分方程办法求解了传输方程，实现了弹道试验粒子传布阐发；量化了在扩散传布和弹道传布之间发作的过渡能量、耀类星体的光曲线；阐发和讨论了宇宙射线在抵达扩散极限之前的第一阶段弹道传布的影响。此外，研究还模仿阐发了宇宙射线扩散、燃烧行为的差别原因。
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