Maximum Particle Energies by Fermi Acceleration and the Origin of Cosmic Rays above the Knee
我们从一阶和二阶费米加速在非相对论和相对论冲击的最大加速粒子能量发生在一个均匀的周围介质中的爆炸。相对论流中的二阶随机过程被证明能够将宇宙射线加速到超高能量。在相对论流中，二级费米机制可以加速高于宇宙射线谱膝的宇宙射线，例如发生在伽马射线暴和像SN 1998 bw这样的不寻常超新星中的宇宙射线。
2001-07-11 astro-ph
Cosmic-ray knee and diffuse gamma, e+ and pbar fluxes from collisions of cosmic rays with dark matter
在具有额外维度的模型中，引力的基本尺度M_D可以是TeV量级。在这种情况下，能量为E的宇宙质子与暗物质粒子χ之间的相互作用截面将随着质心能量\sqrt{2m_χE}高于M_D的能量E而快速增长，当能量E \approx为10^9 GeV时，它可能达到1 mbarn。我们表明，这些引力介导的过程会打破质子，并产生粒子/反粒子的扩散通量，同时用初始质子能量的一小部分提高χ。我们发现，预期的横截面和暗物质密度是不足以产生一个可观察到的不对称性的最具活力的（河外）宇宙射线的流量。然而，我们建议，未抑制的TeV相互作用可能是在银河系宇宙射线的光谱中观察到的膝盖的起源。膝关节将出现在暗物质粒子与被\muG磁场捕获在星系中的宇宙质子相互作用的能量阈值处，这意味着次级反粒子和TeV伽马射线的明确通量。
2008-11-11 astro-ph hep-ph
Acceleration of Particles by Oblique Shocks and Cosmic Ray Spectra around the Knee Region
在超新星遗迹激波以不同角度穿越环境磁场的假设下，我们研究了一阶费米加速度。这些斜激波比平行激波更有效地加速粒子，并提高粒子可获得的最大能量。初级宇宙射线光谱强烈依赖于这些能量。我们还考虑了注入效率和光谱指数对结晶度的依赖性。当指数和绝对通量在$10^{12}$ eV的六个核集团从气球上的数据，每个能谱发展一个光滑的刚度依赖的膝盖结构。所得的总光谱也表现出类似的行为，并适合与地面实验数据高达几个$10^{17}$ eV。它示出，以及化学成分的变化显着从轻到重的核作为粒子的能量超过膝盖区域。其他预测曲线与实验数据进行了比较，他们再现得相当好。
2002-10-01 astro-ph
Cosmic Rays: Recent Progress and some Current Questions
最近的进展表明，我们正在朝着对整个宇宙射线光谱的定量理解迈进，由于不同的成分和过程，许多颠簸隐藏在膝盖和脚踝之间相对平滑的总通量之下。膝关节是更好地理解：KASCADE观测支持一个相当尖锐的刚性截止;而理论发展（强磁场产生）表明，不同类型的超新星遗迹（SNR）确实应该加速到一个非常相似的刚性。壳型SNR的X射线和TeV观测产生有利于其外边界加速的证据。有一些仍然有争议的证据表明，过渡到河外宇宙射线已经发生了刚刚超过10**17 eV，没有标记的“脚踝”，在这种情况下，整个频谱可以很好地描述添加一个单一的幂律源频谱从许多河外源（但修改的能量损失）的SNR前膝组件，如果源光致衰变所有的核。在最高能量下，使用荧光来校准能量的实验尚未显示出与预期的GZK“终止”的任何冲突。GRB似乎没有做出重大贡献。
2006-09-05 astro-ph
About EAS size spectra and primary energy spectra in the knee region
在统一分析KASCADE、AKENO、EAS-TOP和ANI EAS尺寸谱的基础上，找到了不同原初核的近似能谱，并在0.1-100 PeV原初能区用SIBYLL和QGSJET相互作用模型进行了计算。结果表明，在R=200-400 TV范围内，存在与刚性有关的陡化能谱和一个附加的质子（中子）能谱（6.1+/-0.7 10 ^{-11}（E/Ek）^{-1.5}（m^2.s.sr.TeV）^{-1}在拐点前Ek=2030+/-130 TeV，在拐点后功率指数g2=-3.1+/-0.05。
2000-07-01 astro-ph hep-ex hep-ph
On the Very-High-Energy Gamma Ray Spectra from Typical Supernovae Remnants
最近测量的VHE伽马射线光谱超新星遗迹（SNRs）的最佳拟合幂律指数截止。但是，这种特征并不发生在“膝盖等效”的能量，在VHE伽马射线谱预计反映“膝盖”，否则特征宇宙射线谱。在这篇文章中，VHE伽马射线的功能被解释为最近推导的量子效应的结果。该效应将“轨道能量”与“粒子态能量”区分开来，并要求粒子态能量在很高的能量下强烈依赖于引力势。基于这种效应和观测到的CR谱，得到了SNRs RX J1713.7-3946和RX J0852.0-4622与银河系中心脊的组合VHE伽马射线谱的紧密双参数拟合。
2008-09-21 astro-ph
Are there pulsars in the knee ?
最近的研究结果表明，Monogem Ring超新星遗迹和相关的脉冲星PSR B 0656 +14可能是导致宇宙线能谱中$\sim$ 3 PeV处尖膝形成的“单一源”。我们估算了脉冲星B 0656 +14对PeV区宇宙射线的贡献，得出结论：脉冲星对膝区宇宙射线强度的贡献不超过15%.因此，它不可能是那里的主导源，并且仍然需要SNR。我们还研究了从Monogem环内的区域观察到的广泛的空气簇射强度的峰值的脉冲星的可能性。宇宙射线粒子从这个脉冲星产生的伽马射线通量的估计表明，它可以是所观察到的峰值的来源，如果粒子被限制在SNR在其总年龄的相当一部分。我们还估计了Geminga和Vela星对膝关节宇宙射线的贡献。
2004-08-12 astro-ph
VHE Gamma-ray supernova remnants
在过去几年中，越来越多的观测证据，特别是在X射线和伽马射线方面，支持这样一种观点，即超新星遗迹（SNRs）是银河系的粒子加速器，其能量接近宇宙射线能谱中的"膝盖“。本文综述了VHE γ射线观测信噪比的现状。壳型以及plerionic型信噪比的解决和前景，这两个源类的观测与即将到来的GLAST卫星在100兆电子伏以上的能量制度。
2007-01-16 astro-ph
Extragalactic background light absorption signal in the TeV gamma-ray spectra of blazars
最近的观测TeV伽马射线光谱的两个最近的活动星系核（AGN），Markarian 501（Mrk 501）和Markarian 421（Mrk 421），由惠普尔和HEGRA合作，刺激努力估计或限制光谱能量密度（SED）的河外背景光（EBL），导致TeV光子衰减通过成对产生时，他们旅行宇宙学距离。尽管在Mrk 501和Mrk 421的光谱中（在0.26-10 TeV范围内）没有明显的类似截止的特征可以清楚地表明这种光子吸收机制的存在，但我们证明了在这些活动星系核的光谱中仍然存在强的EBL衰减信号（10 TeV光子的存活概率<10^{-2}）。通过估计宇宙对TeV伽马射线光子的最小和最大不透明度，我们计算了当前和未来伽马射线观测站的可见范围。最后，我们表明，拟议的实验，VERITAS，HESS和MAGIC，甚至可能能够实际测量EBL SED，因为他们的观测扩展到关键的75-150 GeV制度。在这个过渡区域，耀变体的光谱中应该存在一个明显的“膝状”特征，这一特征相对于耀变体的固有性质是不变的。如果对几个耀变体进行观测，则光谱指数和通量振幅在这个拐点上的变化将提供在0.1-30 $μ$ m波长范围内测量EBL所需的缺失信息。
1999-08-09 astro-ph
Ground-Based Gamma-Ray Astronomy at Energies Above 10 TeV: Searching for Galactic PeV Cosmic-Ray Accelerators
银河系CR的起源膝盖能量仍然没有答案，并提供了强大的动力，在能量超过10 TeV的伽马射线源的研究。我们讨论了地面伽玛射线切伦科夫成像系统在这些能量以及未来的观测工作在这个方向上的最新成果。H.E.S.S.的令人兴奋的结果提供线索银河CR加速器的性质，并建议有一个人口的银河伽马射线源的发射延伸超过10 TeV。一个专门的切伦科夫成像望远镜系统，针对更高的能量进行了优化，似乎是研究多TeV伽马射线天空的一种有前途的方法。
2005-12-21 astro-ph
The primary cosmic ray composition between 10**15 and 10**16 eV from Extensive Air Showers electromagnetic and TeV muon data
宇宙射线的主要成分在能量范围10**15和10**16 eV之间，即，通过EAS-TOP空气簇射阵列（2005ma.s.l.，10**5 m**2采集区）和MACRO地下探测器（963 m a.s.l.，3100米最小岩石覆盖层，920 m**2有效面积）。使用的观测量是由EAS-TOP测量的空气簇射大小（Ne）和由MACRO记录的μ子数（Nmu）。这两个探测器平均相隔1200米的岩石，并位于各自的天顶角约30度。μ子到达宏观深度的表面能量阈值约为1.3 TeV。这种μ子是在簇射发展的早期阶段产生的，其运动区域与通常的Nmu-Ne研究相关的区域截然不同。该测量导致初级成分在初级光谱的拐点处变得更重，该拐点本身由初级轻成分（p，He）的光谱的陡化引起。结果证实了从表面的低能μ子（通常在GeV能量范围内）的观察报告，表明结论不依赖于生产区的运动学。因此，强子相互作用模型（CORSIKA/QGSJET）提供了一致的组合物的结果，从相关的数据产生的secondaries超过中心的快度区域。这种演变的膝盖区域的组成支持的“标准”银河系加速/传播模型，这意味着刚性依赖的不同组件的休息，因此休息发生在较低的能量在光谱的轻核。
2003-05-19 astro-ph
High-energy cosmic gamma rays from the `Single Source'
大约六年前，我们（Erlykin和Wolfendale，1997年）提出了“单源模型”，其中一个局部的、最近的超新星遗迹（SNR）是宇宙射线（CR）能谱在~ 3 PeV处“膝盖”的原因。受Bhadra（2002）的论文的启发，该论文引起了人们对该局部遗迹可能的伽马射线特征的关注，我们现在研究了局部源的情况，并得出结论，与Bhadra的结论相反，该遗迹的未观测是可以理解的-至少使用我们的SNR模型。这是由于这样一个事实，即这种SNR是局部的，在具有低气体密度的局部热星际介质（HISM）中形成，并且在其附近，它将是一个扩展的源，占据天空的40 $^\circ$，因此与背景无法区分。
2003-02-19 astro-ph
Supernova Remnants: acceleration of particles and gamma-ray emission
在一个真正的时间相关的非线性理论的框架下，假设球对称的超新星遗迹的动态演化环境中的粒子加速进行了讨论。因此，依赖于冲击法向和外部磁场方向之间的角度的注射需要重新归一化的计算粒子通量。最近的观测结果TeV的γ射线从这样的对象进行了讨论，发现与理论相一致。我们的结论是，对于目前仪器的灵敏度，没有理由得出过早的负面结论，银河宇宙射线在超新星遗迹的“膝盖”以下的可能起源。此外，理论预测和观测结果越来越接近。因此，下一代地基和星载探测器将决定天体物理学的这一基本问题。
2001-05-21 astro-ph
High-Energy Cosmic Rays from Galactic and Extragalactic Gamma-Ray Bursts
概述了一个银河系和河外伽马射线暴（GRB）高能（> 10 ^14 eV）宇宙射线（HECR）模型。假设伽玛暴中的相对论外流注入的CR质子和离子的能量最高（>10^20 eV），呈幂律分布。一个扩散传播模型HECR从一个单一的最近的伽玛射线暴在1千秒差距从地球解释了CR光谱附近和膝盖以上。在10^18 eV以上的CR谱与河外伽玛暴的一个分量相吻合。通过规范化的能量注入率所需的产生CR流量从河外源在当地观察到的，我们确定了一个典型的GRB的能量必须释放的非热强子的形式。我们对HECR谱的解释要求伽玛暴是强子占优的，这将通过从伽玛暴中探测到HE中微子得到证实。
2003-12-08 astro-ph
High Energy Cosmic Rays from Local GRBs
我们已经建立了一个模型，解释宇宙射线的能量E之间的\~0.3 PeV和能量的第二膝在E_2 ~ 3*10^{17} eV起源于最近的银河系伽马射线暴（GRB），发生在约100万年前，在1千秒差距从地球。假设伽玛暴的相对论激波注入最高能量的幂律分布的宇宙射线（CR）。来自局部伽玛暴的CR的扩散传播解释了在E_1 ~ 3*10^{15} eV的第一膝附近和之上的CR谱。第一个和第二个膝盖被解释为直接连接到星际介质中的等离子体湍流的注射在~1 pc和~100 pc的规模，分别。在E > E_2时，河外伽玛暴向CR的跃迁发生。CR光谱中E ~ 4*10^{18} eV处的踝状物起源于宇宙学时间尺度上UHECR的大气能量损失，这也是Berezinsky和合作者提出的。在E> E_{GZK} = 6*10^{19} eV时，任何偏离指数截止行为的极高能量CR的显著过剩通量，都意味着在时间尺度t <10 ^8年的时间尺度上，来自本地河外源的~10 Mpc的近期伽玛射线暴活动的重大贡献。
2005-08-23 astro-ph
Spatial and Temporal Variability of the Gamma Radiation from Earth's Atmosphere during a Solar Cycle
太阳极大期任务卫星的伽马射线分光仪在1980-1989年期间的大部分时间里观测了地球大气层。它的28度轨道确保了一系列地磁纬度（地磁截止刚度）的采样。我们测量了1.6 MeV、2.3 MeV和4.4 MeV的γ射线谱线随时间和刚度的变化，这些谱线是银河宇宙辐射穿透截止线和大气中产生的次级中子的诊断。我们发现，伽马射线线强度与太阳活动和截止刚度成反比，正如预期的那样。谱线比（1.6 MeV + 2.3 MeV）/4.4 MeV在所有时间和刚度下都非常恒定（接近0.39）;前两条谱线是由5-10 MeV次级中子引起14 N的激发和去激发产生的，而后者是由能量更高（>20 MeV）的中子引起的。我们推断次级中子能谱的形状在任何地方和任何时候几乎都是恒定的。我们还测量了0.511 MeV电子正电子湮没线的强度。这条谱线也随太阳活动周期和截止刚度而变化，但它从低刚度到高刚度的衰减没有核谱线那么明显。这是由正电子产生和产生次级中子的强子过程的截面的能量依赖性引起的。
2003-08-21 astro-ph physics.geo-ph physics.space-ph
High-Energy Cosmic Rays from Gamma-Ray Bursts
提出了一个宇宙射线（CR）起源的模型，其能量从~10^14 eV到最高能量>10^20 eV。伽马射线暴（GRB）被认为是将CR质子和离子注入恒星形成星系（包括银河系）的星际介质中，其幂律谱扩展到最大能量约10 ^20 eV。膝盖附近的CR光谱与被早期银河伽马射线暴加速和注入的星系晕中的CR相吻合。这些CR扩散在磁盘和晕的星系由于陀螺共振俯仰角散射与MHD湍流在银河系的磁场。初步（2001年）KASCADE数据通过膝的CR光谱拟合的模型与能量依赖的传播CR离子从一个单一的银河伽玛暴。超高能CR（UHECR），与脚踝以上的能量被假定为直线传播与他们的光谱修改的光子，光对，和膨胀损失。假设伽玛暴源的同动光度密度与宇宙中可能的恒星形成率历史相一致，我们拟合了测量的UHECR谱。对于幂律CR质子注入p>2，该模型意味着GRB冲击波中的非热含量由~60-200的因子强子主导。计算表明，对于GRB爆炸波多普勒因子<~200，在更大尺度的中微子探测器如IceCube中，每年可以多次从所有GRB中探测到100 TeV-100 PeV的中微子。GLAST对伽马射线分量和截止值的测量将限制非热重子载荷和辐射效率的乘积，限制多普勒因子，并检验这一结果。
2004-01-13 astro-ph hep-ph
Upper limits to the SN1006 multi-TeV gamma-ray flux from H.E.S.S. observations
H.E.S.S.对壳型超新星遗迹SN 1006进行了观测。在2003年（18.2小时，两台望远镜）和2004年（6.3小时，所有四台望远镜）期间，切伦科夫望远镜系统。没有证据表明TeV的伽马射线发射从任何紧凑或扩展区域与残留物被视为和由此产生的上限在99.9%的置信水平是高达10倍低于先前公布的通量从CANGAROO。对于SN 1006在其目前的时代的演变，我们给出了一些重要的全球参数的限制。伽玛射线光度的上限（E=0.26 ~ 10 TeV，距离d=2 kpc），L_γ <1.7 × 10 ^{33} erg·s^{-1}，以及相应加速质子的总能量，W_p<1.6 \times 10^{50} erg（对于质子能量E_p \sim 1.5到60 TeV，并假设文献中讨论的环境靶密度的最低值n=0.05 cm^{-3}）估计。将这个估计扩展到宇宙射线谱中观测到的质子能量范围，直到膝盖（我们在这里取E_p ~ 1 GeV到3 PeV，假设微分粒子指数为-2），得到W_p<6.3 × 10 ^{50} erg。当考虑同步加速器/逆康普顿框架时，观察到的X射线通量和伽马射线上限，B> 25 microG的冲击后磁场的下限。
2005-02-11 astro-ph
Galactic Sources of High Energy Neutrinos
能量低于所谓膝盖的宇宙射线的星系起源是无可争议的，这意味着存在着一个非热的星系天体群，它们有效地将质子和原子核加速到TeV-PeV的能量。这些宇宙加速器的独特特征是通过强子相互作用产生的高能中微子和伽马射线。虽然伽马射线也可以由直接加速的电子产生，但高能中微子提供了关于加速粒子的核子成分的最直接和明确的信息。计划中的千米立方级高能中微子探测器预计将具有足够的灵敏度，以提供对潜在VHE中微子源的第一个有天体物理意义的探测。这一乐观的预测是基于最近发现的高能伽马射线源的硬能谱延伸到10 TeV及以上。最有可能的候选者是两个年轻的壳型超新星遗迹--RXJ 1713.7 -4946和RXJ 0852.0 -4622，也许还有两个突出的恒星--蟹状星云和船帆座X。由于TeV γ射线的强吸收，人们可以预期从紧凑的TeV γ射线发射体（稍微暗淡），如双星系统LS 5039和LS I+61~303，以及假设的“隐藏”或“孤儿”中微子源也可以检测到中微子通量。
2007-02-26 astro-ph
Diffusive Shock Acceleration of High Energy Cosmic Rays
带电粒子在冲击等离子体中的扩散加速过程在天体物理学中被广泛引用，以解释宇宙中普遍存在的非热相对论电子和离子的签名。这种统计学的量子力学机制的一个关键特征是没有动量尺度;天体物理学系统通常只在粒子谱的注入端（低能）和损耗端（高能）施加尺度。在3000 TeV左右的宇宙射线谱（“膝”）中存在结构，这引发了关于宇宙射线至少有两个起源的争论，一个是银河系的起源，它提供了膝盖以上的宇宙射线，甚至更高，也许还有一个河外的起源，它甚至可以解释在1-300 EeV看到的超高能宇宙射线（UHECR）。由于需要假设高磁场以将最短扩散加速时间尺度（离子回旋周期）减小到有意义的值，因此历史上已证明难以对具有熟悉的天体物理学加速地点的UHECR进行解释。然而，活跃的星系和伽马射线暴仍然是强烈的和有趣的候选源UHECR，把理论的重点相对论冲击。本文综述了UHECR生成问题的扩散冲击加速特性。这些包括光谱指数，加速效率和时标，作为冲击速度和平均场方向的函数，以及场湍流的性质。这些特性的解释的上下文中的伽马射线暴模型的生产UHECR也检查。
2004-09-13 astro-ph
Contribution of a nearby Pulsar to Cosmic Rays observed at Earth
研究了近地天体对地球观测到的宇宙射线的贡献。发现宇宙线各向异性振幅的实验限对脉冲星转动能转换成发射粒子动能的效率有重要的约束作用。本文估计了两个著名的邻近γ射线双星，即船帆座和盖明加星的宇宙线通量。分析表明，观测到的宇宙射线各向异性限制了船帆座和Geminga星的贡献，最多只能占膝盖以下观测到的宇宙射线的1%。
2006-02-14 astro-ph
Gamma Ray Bursts and Cosmic Ray Origin
本文介绍了火球/爆炸波模型的理论基础，以及最近的一些结果对伽玛暴源模型和宇宙射线产生的伽玛暴的影响。本文简要地概述了瞬发γ射线发光相位的BATSE观测，以及伽玛暴的Beppo-SAX和长波余辉观测。推导的光谱和时间指数的绝热爆炸波减速在一个均匀的周围介质中的非相对论性的反向冲击波的限制情况下，无论是球形和准直的流出，作为一般理论的一个例子。外激波模型对余辉的拟合结果表明，GRB的外流是喷射的。外激波模型还解释了长持续时间伽玛暴瞬时谱中峰值能量的持续时间分布和聚集现象，并由此导出了伽玛暴源率密度与红移的关系。根据Frail等人的恒定能量库的结果，对源模型进行了评述，该结果表明伽玛暴的总能量为10^{51}尔格的几倍，平均辐射率约为全天空的1/500。Paczynski的各向同性超新星模型被排除。从伽玛暴的X射线观测和恒能库结果来看，Vietri-Stella模型的两步坍缩过程优于超新星/超新星模型。伽玛射线暴冲击波中的二级过程可以将粒子加速到超高能量。伽玛暴可能是超高能ECR和能量在宇宙射线谱拐点以上的宇宙射线的来源。用GLAST和地面伽马射线望远镜进行的高能中微子和伽马射线观测对测试伽马射线暴源模型至关重要。
2002-02-13 astro-ph
Gamma Ray Bursts, Cosmic Ray Origin, and the Unidentified EGRET Sources
统计数据表明，进入像银河系这样的L* 星系的伽玛暴和火球瞬变（FT）的体积平均和时间平均动力学功率为10^40尔格/秒。这个数字，虽然有很大的不确定性与内部或外部的冲击效率，是足够的权力强子宇宙射线本地观察。伽马射线暴和FT的高质量祖星释放的能量足以为高能宇宙射线提供能量，正如Waxman和Vietri在1995年已经证明的那样。它足以为宇宙射线谱膝点以上的宇宙射线提供能量。事实上，所有的强子宇宙射线都可能起源于大质量（>~ 100 M_o）恒星坍缩成黑洞的过程中形成的GRB和FT。这个源类代表了宇宙射线起源问题的一个新的解决方案。由这些恒星形成的~10^4 - 10^7黑洞可以通过从ISM吸积时的辐射、微透镜背景辐射以及形成发光的双星系统来使人们知道它们的存在。一些不明的EGRET源可能是孤立的黑洞，从ISM吸积。GLAST和TeV天文台更好的成像和灵敏度将测试这个模型的未识别的伽马射线源，这个理论的宇宙射线起源。
2000-10-27 astro-ph
Cosmic rays, stellar evolution, and supernova physics
大多数宇宙射线被认为是由超大质量恒星的超新星爆炸的冲击加速的。本文回顾了1993年提出的一个定量建议，该建议预测了宇宙线谱在3 × 10^15 eV附近的谱线弯曲或“膝”处的谱线斜率、弯曲和截止。许多具体的预测现在已经得到验证，因此，调查该提议的后果可能是适当的。通过对膝上宇宙射线数据的成功拟合表明：1）质量在20 ~ 25个太阳质量以上的超大质量恒星都会聚到一个共同的终态; 2）这些超大质量恒星的超新星爆炸是由旋转、磁场和引力势共同作用引起的，正如G. Bisnovatyi-Kogan在1970年根据N.S. 1964年的卡尔达舍夫;（3）它们的星风和爆炸是磁场注入星际介质的主要来源，（4）它们的爆炸能量约为10^52尔格，（5）爆炸具有极强的各向异性，这可能统一了几类观测到的超新星类型; 6）伽马射线暴可能是这种爆炸的终极版本，如果坍缩导致黑洞的话; 7）在所有这些大质量恒星爆炸中，超新星的光度在所有方位角上的积分也是相同的，这是合理的，导致8）可能非常明亮的标准烛光，如果我们能找到一个修正的极端非球面。这可能会解决大质量恒星超新星爆炸的机制是什么的问题，大多数宇宙射线和磁场都来自那里，也可能会为超新星爆炸和伽马射线暴的统一方案指明道路。
2003-09-30 astro-ph
A possible Universal Origin of Hadronic Cosmic Rays from Ultrarelativistic Ejecta of Bipolar Supernovae
基于Dar和De Rujula的伽马射线暴的“炮弹模型”，提出银河系中双极超新星爆炸中喷射出的重子等离子体（“炮弹”）是所有能量的强子银河系宇宙射线（CR）的源。本文研究了炮弹在银盘和晕中的传播。两种机制的加速所观察到的CR的建议。第一种是基于星际介质中的超相对论冲击，可以将大部分CR加速到4 x 10（15）eV的"膝盖“能量。第二个在炮弹内以二阶费米加速度运行。如果SN爆炸中喷射出的等离子体团的总初始能量为10（53）尔格或更高，则第二种机制可以解释膝盖以上的CR光谱直到最高观测能量。结果表明，连同合理的假设CR传播在银河系的限制体积的CR光谱的观测光谱指数可以从理论上理解为一阶。该模型允许自然理解各种基本的CR观测，如没有Greisen-Zatsepin截止，作为能量函数的到达方向的各向异性和CR密度的小Galactocentric梯度。
2002-07-24 astro-ph
Gamma ray emission from SNR RX J1713.7-3946 and the origin of galactic cosmic rays
我们计算的非热辐射的流量从超新星遗迹RX J1713.7-3946的背景下，在冲击波的粒子加速的非线性理论，这使我们能够考虑自洽的动力学反应的加速粒子，产生的磁场在冲击波附近和等离子体上的动态反应的磁场。当得到加速的粒子的分数是$\sim 10^{-4}$阶，我们发现，作为由宇宙射线引起的流不稳定性的结果获得的磁场的强度是兼容的X射线发射灯丝的解释产生的强同步辐射损失在$\sim 100 μG$磁场。如果以替代方式解释X射线细丝，则对激波下游的磁场的约束消失，并且HESS数据可以与复杂光子群的相对论电子的ICS略微拟合，该光子群被定制为包括CMB和环境IR/光学光子。这种拟合在最高能量时通常很差，需要在残余物内有大密度的目标光子;只有一小部分$\sim 10^{-6}$阶的背景粒子得到加速;局部磁场是$\sim 20μG$阶的，质子的最大能量远低于膝能。目前的HESS伽马射线观测结合朱雀最近的X射线观测，还不能得出RX J1713.7-3946是否是一个有效的宇宙射线加速器的明确结论，尽管目前HESS数据的强子解释似乎更有可能。我们讨论了GLAST伽马射线望远镜，这应该能够区分上述两种情况下，我们的结果的影响。
2008-10-01 astro-ph
Gamma-ray bursters as sources of cosmic rays
我们对伽马射线爆发的物理条件所知甚少，这使得它们有利于高能宇宙射线的加速，特别是如果它们处于宇宙学距离的话。我们发现，从观测到的伽马射线暴的统计和通量来看，宇宙学暴可能是观测到的两个区域的宇宙射线的重要来源：1。在极高能量端（E>10^{19} eV），宇宙射线必定来自河外。2.在已经被描述为隆起和/或拐点的光谱特征周围和上方，其发生在10^{15} eV附近，并且开始于约10^{14} eV。银河系内部偶尔发生的爆发--如果爆发发射是各向同性的，大约几十万年才发生一次;如果是光束发射，则更常见--可以将银河系宇宙射线的密度维持在这个范围内的观测水平。这两个能量范围可能对应于两个典型的能量尺度：一个与由于磁化火球前沿与周围介质相互作用而产生的加速度有关;另一个与火球本身的加速度有关（例如冲击加速度）。
1995-06-20 astro-ph hep-ph
Cosmic ray protons in the energy range $10^{16}-10^{18.5}$ eV: stochastic gyroresonant acceleration in hypernova shocks?
与伽玛射线暴（GRB）相关的超新星（HNe）可能具有相当陡峭的能量速度分布，即，$E(\geq β)\propto β^{-q}$表示$q<2$和$β\geq β_o$，其中$β$是物质的速度，$β_o \sim 0.1$是HN爆炸最慢喷出物的速度，两者都以光速$(c)$为单位。第二膝以上但踝以下的宇宙线质子可能被HN激波加速到$β\sim β_o - 4β_o$的速度范围内。当$β\leq 4β_o$时，中心发动机的激波阵面半径很大，使HN流出减速的介质很可能是均匀的。有了这个论点，我们表明，$q\sim 1.7$，从SN 2003lw的光学建模推断，随机陀螺共振加速度模型可以解释第二个膝盖周围的高能质子的光谱变化。然而，自磁化冲击加速模型产生了与观测不一致的太陡的谱，除非HN周围的介质是保持高达（不现实的大）半径$\sim 1-10 {\rm kpc}$的自由风，或者粒子加速主要发生在一个狭窄的“密集”壳层中，该壳层在半径$\sim 10^{19}$ cm处终止自由风。
2009-03-26 astro-ph
Supernova Remnants and GLAST
长期以来，人们一直推测超新星遗迹是银河系中宇宙射线的主要来源。过去十年的观测隆重地揭示了SNRs中粒子加速到接近宇宙射线谱膝盖的能量的直接证据。壳型SNRs的非热X射线发射揭示了多TeV电子，几个SNRs的动力学性质指向离子的有效加速。对TeV伽马射线发射的观测也证实了在几个遗迹中存在高能粒子，但关于这种发射是来自高能电子还是离子仍然存在相当大的争议。同样不确定的是导致有效粒子加速的确切条件。根据EGRET源的目录，我们知道有大量的银河伽马射线源，其分布与SNRs的分布相似。随着GLAST的分辨率和灵敏度的提高，将从这个群体中识别伽马射线SNR。它们的详细发射结构及其光谱将提供它们的环境与它们在其他波段中的光谱之间的联系，以约束发射模型并可能识别SNR中离子加速的直接证据。在这里，我总结了最近的观测和理论工作在宇宙线加速的信噪比，并讨论GLAST将带来我们对这个问题的理解。
2007-04-16 astro-ph
A High Resolution Method for Measuring Cosmic Ray Composition beyond 10 TeV
准确测定高能宇宙射线的元素组成有望为这些粒子的起源提供关键线索。以前对成分的直接测量受到实验收集能力的限制，导致在$10^{14}$ eV以上的边缘统计，正是宇宙射线能谱的"膝盖“开始发展的区域。相比之下，间接测量使用广泛的空气淋浴可以产生足够的统计数据，在这个地区，但产生元素的测量，有相对较大的不确定性。在这里，我们讨论的技术，已成为可能，通过使用现代地面切伦科夫成像探测器。我们结合测量的切伦科夫光产生的入射宇宙射线核在高层大气中的总能量的估计产生的广泛的空气淋浴时，粒子在大气中相互作用更深。在第一次强子相互作用之前和之后的发射区域可以被具有足够的角度和时间分辨率的成像切伦科夫系统分离。蒙特卡罗模拟表明，在宇宙射线能谱的“膝”区域，入射铁核的预期电荷分辨率为$ΔZ/Z <5%$。这项技术也有可能明确地发现能量超过10 $^{14}$ eV的比铁重的原子核。本文还讨论了地面伽玛射线望远镜中带电粒子本底的识别和剔除问题。
2000-11-24 astro-ph
New Results of the HEGRA Air Shower Detector Complex
最近获得的亮点结果与空气簇射探测器复杂的HEGRA在加那利群岛拉帕尔马。观测和搜索的伽马源以上的能量为500 GeV的，特别强调的是最近的闪耀活动的Blazar MKN 501。该实验的第二个主要研究课题是测量带电宇宙射线的能谱和元素组成。数据覆盖的能量区域的“膝盖”周围3 PeV。
1998-01-15 astro-ph hep-ph
Changes of the cosmic-ray mass composition in the 10^{14} - 10^{16} eV energy range
利用10个宇宙线跟踪（CRT）探测器和加那利群岛拉帕尔马的HEGRA空气簇射阵列的数据，研究了宇宙线通量谱在10^{15} eV能量附近的“膝盖”处宇宙线质量组成的变化。分析的基础上的μ子在空气簇射的角分布。结果可以很容易地用<ln A>初级宇宙射线的形式来表示.我们发现上升<ln A>低于10^{15} eV，与直接测量一致。简单的宇宙线组成模型，这是完全符合我们的结果，以及JACEE通量和成分测量和西藏AS-伽马合作的通量测量。
1998-01-06 astro-ph
Heavy Nuclei Enrichment of the Galactic Cosmic Rays at High Energy: Astrophysical Interpretation
观测到银河系宇宙射线{ \em vs}能量的平均对数质量$<\ln A>$的显著增加。我们研究了三种效应，可以解释这种趋势i）不同的质子和重核的源谱ii）在飞行中的选择性核破坏的星系iii）在银盘的源数和化学成分的梯度。我们利用在LAPTH开发的扩散宇宙射线传播模型，专门研究传播的几何方面，并将其扩展到高能量。使用$10^{15}$ eV附近的光谱拐点的简单建模，出现$<\ln A>$中的凸起。当质子的光谱指数比Fe的更陡时，这种特征更平滑。我们分析的刚性依赖的扩散系数和限制晕的尺度高度的影响，我们表明，$<\ln A>$是最敏感的第一个参数。纯几何效应的决定性不如扩散系数谱指数。由此我们得出结论，宇宙线禁闭物理是重核富集到$\sim 10^{15}$ eV的根本原因。
2002-07-01 astro-ph
High-energy Cosmic Rays and Neutrinos from Semi-relativistic Hypernovae
超高能宇宙射线（UHE）的起源仍然是未知的，它来自CR光谱中的第二个膝关节（$\sim6\times10^{17}$ eV）。最近，有越来越多的证据表明，一种特殊类型的超新星，称为hypernovae，与亚高能伽马射线暴（GRB）有关，如SN 1998 bw/GRB 980425和SN 2003 lw/GRB 031203。这样的超新星似乎有高速度（直到温和的相对论）喷出物，这可能与次高能伽玛暴有关。假设超新星喷出物的动能是速度$E_k\propto (Γβ)^{-α}$的连续函数，用$α\sim 2$，我们发现：1）超新星高速喷出物产生的外激波能将质子加速到$10^{19} {\rm eV}$的能量，2）宇宙学超新星速率足以解释第二膝以上的能流;以及3）在这些能量下，CR的陡峭光谱可以在这些源中出现。此外，由于UHE CR与超新星光-紫外光子的$pγ$相互作用，超新星也会产生微弱的弥散UHE中微子通量。
2007-09-12 astro-ph hep-ph
A Unified Model of High-Energy Astrophysical phenomena
我概述了高能天体物理学的统一模型，其中伽马背景辐射，集群“冷却流”，伽马射线暴，X射线闪光和宇宙射线电子和原子核的所有能量-共享一个共同的起源。这些现象背后的机制是普通超新星发射的相对论性“炮弹”，类似于类星体和微类星体观测到的等离子体团的喷射。我专注于宇宙射线：天体物理学中持续时间最长的难题。宇宙射线在银河系中的分布、它们的总“光度”、被破坏的幂律谱及其观测到的斜率、膝盖和脚踝的位置，以及所谓的成分随能量的变化，都可以用简单的“标准”物理学来解释。该模型只是缺乏一个令人满意的理论理解的“大炮”发射炮弹在灾难性的插曲吸积到一个紧凑的对象。
2004-11-29 astro-ph hep-ph
