Wir beobachten, dass kosmische Strahlung (CRs) am Himmel isotrop ist, dh sie kommt aus allen Richtungen ohne erkennbare Präferenz.
Ich verstehe, dass dies mit der Ablenkung dieser CRs durch die Magnetfelder in der Galaxie zusammenhängt – das Magnetfeld bewirkt, dass sich die CRs mit einem Gyroradius spiralförmig drehen .
Dieser Gyroradius ist sehr groß, von Parsec-Größenordnung.
Meine Frage ist, warum impliziert dieser große Gyroradius, dass die Verteilung von CRs isotrop sein sollte?
Danke
Das galaktische Magnetfeld ist auf Entfernungsskalen, die im Vergleich zur Größe der Galaxie klein sind, ziemlich unregelmäßig (obwohl das mit den Spiralarmen verbundene Magnetfeld eine Struktur zu haben scheint). In einem gleichmäßigen Magnetfeld würde ein geladenes Teilchen einer schönen Spiralbahn folgen. In einem ungleichmäßigen und veränderlichen Magnetfeld werden die Bahnen geladener Teilchen ziemlich unberechenbarer, da sie gewissermaßen spiralförmig mit einem veränderlichen Gryoradius entlang einer nicht geraden Feldlinie verlaufen. (Sie winden sich nicht wirklich entlang von Feldlinien, da Feldlinien eine mathematische Fiktion zur Visualisierung des Magnetfelds sind).
Polarisationsmessungen in den Spiralarmen deuten darauf hin, dass die Magnetfelder dort eher verworren als schön ausgerichtet sind. Die Bewegungsrichtung der kosmischen Strahlung wird also auf im Wesentlichen der gleichen Entfernungsskala isotrop wie die Skala der „Verwicklungen“, zumindest für kosmische Strahlen mit ausreichend niedriger Energie PC Kreiselradius. Die Richtungen werden auf einer Entfernungsskala randomisiert, die mit der Skala von Magnetfeldfluktuationen oder dem Gyroradius vergleichbar ist, je nachdem, welcher Wert größer ist.
Wenn kosmische Strahlungsquellen hauptsächlich in einer Entfernung in der Größenordnung von einem Parsec wären, würden wir Anisotropie sehen, weil die kosmische Strahlung einfach nicht so stark in die Bewegungsrichtung abgelenkt würde, bevor sie uns erreicht. Aber sie sind offenbar deutlich weiter entfernt. Und typischerweise auch weiter entfernt als die charakteristische Entfernungsskala der Magnetfeldvariation, sonst würde dies auch Anisotropie verursachen.
Die Kurzversion ist also, dass es nicht der große Gyroradius im galaktischen Magnetfeld ist, der die kosmische Strahlung isotrop macht, sondern dass die isotrope kosmische Strahlung aus Entfernungen kommt, die größer sind als der Gyroradius (und die Längenskala des Magnetfelds), also ihre Richtung des Reisens ist im Wesentlichen randomisiert.
Die Tatsache, dass der Gyroradius im Vergleich zur Galaxiengröße klein ist, führt zu einer Vielzahl von Kollisionen zwischen dem CR und dem galaktischen Magnetfeld (vergleiche ~pc CR vs ~kpc CR Gyroradien). Jede Kollision trägt dazu bei, das Teilchen zu diffundieren, wodurch es von seiner ursprünglichen Richtung getrennt wird (dh isotrop wird).
ehrliche_vivere