悟空号:宇宙线扩散系数能量依赖和星际介质湍流理论

宇宙线的扩散系数和星际介质的湍流性质密切相关。星际介质湍流存在一个分布,大的湍流数目少,小的湍流数目多。

宇宙线和湍流的散射在达到共振条件,即粒子回旋半径和湍流尺度相当时,散射最为有效。

因此湍流的尺度随分布相应地给出粒子扩散系数随能量的分布。

20世纪40年代由柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)建立起来的经典湍流尺度分布理论以及考虑磁场后的修正尺度分布预言宇宙线扩散系数随能量以幂律关系变化,幂指数为1/3或1/2。

近些年的直接观测实验(如PAMELA、AMS-02等)发现宇宙线B/C在百GeV/n以下能区确实符合单一幂律分布,其谱指数非常接近-1/3,被认为是星际介质符合柯尔莫哥洛夫理论预言的直接证据。

本文节选自《中国国家天文》7月刊《硼碳和硼氧比例能谱:宇宙线传播新特征》。

作者系中国科学院紫金山天文台副研究员,悟空卫星科学团队成员,从事宇宙线物理和天文技术方法研究。

原标题:悟空号:宇宙线扩散系数能量依赖和星际介质湍流理论