Сергей Вячеславович Комаров

ИКИ РАН / MPA

Диффузия космических лучей в скоплениях галактик
Комаров С.В., Чуразов Е.М., Кунц М., Щекочихин А.А.

Из наблюдений скоплений галактик в радиодиапазоне известно, что в межгалактической среде имеется популяция высокоэнергетичных электронов, которые, вращаясь вокруг силовых линий магнитного поля, производят синхротронное излучение. Такие радиоисточники являются протяженными, что свидетельствует о наличии механизмов непрерывного ускорения заряженных частиц в межгалактической среде. Имеются также основания полагать, что наряду с релятивисткими электронами в скоплениях присутствуют и релятивистские протоны, однако на данный момент из наблюдений скоплений в гамма-диапазоне удалось установить лишь верхний предел на создаваемое ими давление. Частицы могут ускоряться аккреционными ударными волнами и "доускоряться" турбулентностью. Эффективность ускорения турбулентностью и коэффициент диффузии космических лучей тесно связаны со структурой плазменной турбулентности в скоплениях. Помимо магнитогидродинамических волн, кинетические неустойчивости, развивающиеся на масштабе ларморовских радиусов космических лучей, способны эффективно рассеиваить заряженные частицы умеренно высоких энергий < 1 TeV. Создаваемая турбулентными движениями межгалактической среды в результате сохранения адиабатических инвариантов анизотропия давления вероятно приводит к развитию шланговой и зеркальной неустойчивостей. Мы демонстрируем, что наличие зеркальной неустойчивости в скоплениях на масштабах порядка 1 мкпк существенно уменьшает длину свободного пробега космических лучей и эффективно запирает лучи с энергией <~ 1 TeV в скоплениях на космологических временах.