Simulating Electron Transport and Synchrotron Emission in Radio Galaxies: Shock Acceleration and Synchrotron Aging in Axis-Symmetric Flows
本文介绍了一种简单、经济、有效的方法，用于在射电星系的多维模拟中考虑相对论性电子输运。该方法的目的是遵循明确的扩散加速冲击，并在光滑流二阶费米加速加上绝热和同步加速器冷却。我们能够遵循的电子的空间和能量分布，使直接同步辐射特性可以建模的时间依赖性流的第一次。在这里，我们提出的第一个结果的形式，一些轴对称MHD模拟马赫数20轻喷流。这些结果清楚地表明，即使喷流是定常的，在这种流动中也会产生非定常的终端激波。由于这一点和其他后果的根本驱动字符的射流，我们发现复杂的图案的发射率和同步辐射光谱，包括陡峭的光谱梯度的热点，岛屿的不同光谱电子内的叶和光谱梯度来自一个给定的流元素的动态历史，而不是从同步辐射老化的嵌入式电子。此外，波瓣的光谱老化往往比从高发射率区域估计的要慢。
1998-09-07 astro-ph
Modeling the April 1997 flare of Mkn 501
1997年4月Mkn 501的巨大耀斑是用静止的同步加速器-质子-Blazar模型模拟的。我们导出的模型参数与耀斑状态下的X射线-TeV数据和Kolmogorov/Kraichnan湍流谱中电子和质子的扩散激波加速一致。由中性π衰变光子和π +-> mu+-> e+衰变电子产生的成对同步辐射级联谱相对来说没有什么特征，而μ子和质子的同步辐射及其级联辐射产生双峰谱能量分布。对于本模型，我们发现质子同步辐射占主导地位的TeV的排放，而从同步辐射的对，产生的高能量驼峰的贡献，只是次要的。
1999-11-22 astro-ph
Simulating Electron Transport and Synchrotron Emission in Radio Galaxies: Shock Acceleration and Synchrotron Aging in Three-Dimensional Flows
我们提出了第一个三维MHD射电星系模拟，明确模型的相对论性电子的运输，包括扩散加速冲击以及辐射和绝热冷却的顺利流动。我们讨论了三个模拟轻马赫8喷气机，旨在探索冲击加速和辐射老化的影响，引起同步辐射和逆康普顿辐射的非热粒子种群。我们还对模拟物体进行了详细的合成无线电观测。我们从这种方法中获得了几个关键的见解：1。这些多维模拟中的喷射头非常复杂。通常不存在经典的喷流终止激波，但喷流终止的运动在头部的回流喷流材料内旋转成“激波网复合体”。2.理解这些模拟中高能电子的光谱分布部分依赖于理解激波网复合体，因为它可以产生混淆解释射电星系辐射老化的标准模型的分布。3.在这些模拟中，射流本身外部的磁场变得非常间歇和连续，然而绝热膨胀导致大部分茧体积被显著减小到标称射流值以下的场强占据。因此，人口老龄化的速度在不同的地方有很大的差异。
2001-04-18 astro-ph
Diffusive shock acceleration in radiation dominated environments
无线电，X射线和伽马射线观测为我们提供了强有力的证据，粒子加速到多TeV的能量在各种天体物理源。扩散激波加速是解释这种高能粒子存在的最成功的模型之一。我们讨论了逆康普顿损失的冲击加速的电子发生在辐射为主的环境中，即在辐射能量密度超过磁场的区域。我们进行了数值计算，包括在加速粒子的输运方程中的能量损失项。我们讨论了这种影响的硬X射线同步加速器和γ射线逆康普顿辐射，产生的冲击加速电子在年轻的超新星遗迹中存在的大辐射场（例如，在银河系中心）。我们还讨论了可能的影响，我们的研究结果的星系团和伽马射线双星。我们表明，逆康普顿损失的电子，在克莱因西科制度，导致光谱的超相对论电子，可能显着不同于经典的扩散冲击加速解决方案。最突出的特征是在截止能量附近的光谱中出现堆积。
2009-06-10 astro-ph
Photons and Particle Production in Cassiopeia A: Predictions from Nonlinear Diffusive Shock Acceleration
我们计算了仙后座A超新星遗迹的粒子谱和连续光子辐射。粒子谱，离子和电子，结果从扩散冲击加速在前向SNR冲击，并确定与非线性蒙特卡罗计算。计算自洽地确定了离子压力影响下的激波结构，并包括一个简单的参数化处理的电子注入和加速。我们的结果进行了比较，光子观测，集中在无线电和GeV-TeV的伽马射线范围之间的连接，和宇宙射线离子观测。我们包括新的上限，从切伦科夫阵列在忒弥斯（CAT）成像切伦科夫望远镜和惠普尔10米伽玛射线望远镜在> 400 GeV。这些新的限制支持该建议（例如，Cowsik & Sarkar 1980; Allen et. 1997年），高能电子发射同步辐射在一个非常高的磁场（~ 1000微高斯），远远大于值常规分配给ISM，并帮助限制我们的模型。在Cas A ~ 300年的寿命中，大磁场允许宇宙射线离子加速到远高于每个核子$10^{15}$ eV。
1999-10-07 astro-ph
Cosmic Rays and Their Radiative Processes in Numerical Cosmology
本文介绍了一个宇宙流体动力学程序，它包括一个计算宇宙线加速和输运的程序。该程序的目的是遵循明确的扩散加速冲击，二阶费米加速和绝热损失的顺利流动。也可以遵循电子群体的同步加速器冷却。更新后的程序除了研究热气体的热韧致辐射特性外，还将用于研究星系团中电子宇宙射线的非热同步辐射和逆康普顿散射特性。使用网格的$128^3$细胞的测试模拟的结果，宇宙射线和磁场已被被动处理和宇宙射线电子的同步加速器冷却没有被包括在内。
1999-12-15 astro-ph
Meson Synchrotron Emission from Central Engines of Gamma-Ray Bursts with Strong Magnetic Fields
伽马射线暴（GRB）被认为是由仍然未知的中央引擎提供动力的时间尺度在$1ms \sim$几秒的范围内。我们认为，如果伽玛暴中心发动机是一个可行的强介子同步辐射的网站，如果他们是紧凑的天体物理对象，如中子星或旋转黑洞具有极强的磁场$H \sim10^{12} - 10^{17}G$，如果质子或重核被加速到超相对论能量的顺序$\sim 10^{12}-10^{22}eV$。我们证明了像$π^{\pm}$这样的带电标量介子和像$ρ$这样的重矢量介子，它们在$π^{\pm}$上有几种衰变模式，可以通过与超相对论核子的强耦合以比光子大一千倍的高强度发射。这些介子同步辐射过程最终会产生具有$10^{12} eV \leq E_ν$的高能宇宙中微子爆发。这些中微子将在短伽马射线暴的早期持续时间内被探测到。
1999-09-16 astro-ph
Radio Emission and Particle Acceleration in SN 1993J
SN 1993 J的射电光变曲线与同步辐射光谱很好地拟合，并受到外部自由-自由吸收和同步辐射自吸收的抑制。我们假设了一种标准的r^-2星周介质，并发现这是足够的。确定了激波后的相对论电子的磁场和数密度。磁场的强度有力地证明了激波后面的湍流放大。激波后的磁能和能量密度之比约为0.14。同步加速器和库仑冷却控制电子的损失。注入的电子能谱具有幂律指数-2.1，与扩散冲击加速一致，并且数密度与热电子能量密度成比例。相对论电子的总能量密度，如果外推到γ ~ 1，约为热能密度的5 × 10 ^-4。所需的自由-自由吸收与以前对SN 1993 J星周温度的计算结果一致，T_e ~（2-10）x10^5 K。自由-自由吸收、Razin抑制和同步自吸收效应对其他超新星的相对重要性也作了简要的讨论。给出了VLBI观测的建模和解释准则。
1998-07-02 astro-ph
X-Ray Synchrotron Emitting Fe-Rich Ejecta in SNR RCW 86
超新星遗迹可能同时具有热辐射和非热辐射X射线。我们目前的钱德拉观测RCW 86。低于1 keV和高于2 keV的X射线在形态上的显著差异表明了不同的物理起源。硬X射线发射与无线电发射区域的边缘有很好的相关性，这表明这些是冲击波的位置，在那里短寿命的X射线发射电子和长寿命的无线电发射电子都被加速。软X射线在空间上与来自非辐射冲击的光学发射有很好的相关性，这些冲击几乎可以肯定是外部冲击波的一部分。这些软X射线与简单的热平面激波模型非常吻合。较硬的X射线显示Fe K α发射，并且用类似的软热分量很好地描述，但是在2 keV以上占主导地位的更强的同步加速器连续谱和强Fe K α线。对这条线和周围连续谱的定量分析表明，它不能由宇宙丰度等离子体的热发射产生;电离时间太短，如低质心能量（6.4 keV）和没有低于1 keV的氧线所示。相反，一个模型的平面冲击到富铁喷出物，与同步加速器连续，提供了一个自然的解释。这就要求进入喷射物的反向冲击将电子加速到50 TeV量级的能量。我们表明，这个顺序的最大能量可以产生辐射限制扩散冲击加速在反向冲击。
2002-07-31 astro-ph
Fast Variability of Nonthermal X-Ray Emission in Cassiopeia A: Probing Electron Acceleration in Reverse-Shocked Ejecta
最近发现的超新星遗迹（SNR）RX J1713.7-3946的同步加速器X射线发射的年尺度变化，启动了我们的研究多历元X射线图像和光谱的年轻SNR仙后座A的基础上采取的钱德拉存档数据在2000年，2002年和2004年。我们发现了与反向冲击区有关的若干X射线细丝或结的X射线强度的年尺度时间变化。变化的灯丝的X射线谱的特征在于由一个无特征的连续，并与光子指数在1.9-2.3的幂律描述。铁K线等效宽度的上限为110 eV，这有利于X射线发射的同步辐射源。4年的特征变化时间尺度可以用快速同步加速器冷却和扩散冲击加速的影响来解释，磁场为1 mG。X射线变率为研究超新星冲击波中的粒子加速提供了一种新的有效途径。
2008-03-24 astro-ph
Radio/X-ray Offsets of Large Scale Jets Caused by Synchrotron Time Lags
在内部冲击的情况下，我们认为，大多数kpc（甚至更大）规模的射流中的电子可以被加速到足够高的能量，以发射同步加速器X射线，如果冲击存在于这些规模。这些高能电子以高频率发射同步辐射，并且随着它们沿着射流向下游传播而冷却，以逐渐降低的频率发射，并且导致时间滞后，因此无线电/X射线（以及光学/X射线，如果光学结是可检测的）在亮结处偏移，其中X射线结的质心更靠近核心。考虑到喷流膨胀的强烈影响，M87、Cen A、3C 66 B、3C 31、3C 273和PKS 1127-145中亮结处的射电/X射线和光学/X射线偏移行为与辐射损失引起的同步时间滞后行为一致。这表明，这些源中的大尺度X射线和光学喷流是由于同步辐射。
2003-01-25 astro-ph
Interpretation of radio continuum and molecular line observations of Sgr B2: free-free and synchrotron emission, and implications for cosmic rays
最近银河系恒星形成区Sgr B2的氨（1，1）反演线数据表明，柱密度与径向高斯密度分布一致，标准偏差为2.75 pc。通过推导球形高斯云的维里质量公式，我们得到了Sgr B2的维里质量为190万太阳质量。对于这种物质分布，一个合理的磁场和太阳附近强度的宇宙射线的撞击通量，我们预测预期的同步辐射从Sgr B2巨大的分子云由于次级电子和正电子产生的宇宙射线相互作用，包括损失的影响，由于π介子生产碰撞扩散传播到云复杂。我们在330 MHz和230 GHz之间的频率收集无线电连续数据。从光谱能量分布来看，在所有频率下的发射似乎都是热的。在使用这些数据来约束预测的同步辐射通量之前，我们首先将光谱建模为来自已知超紧凑HII区域的自由-自由发射加上来自具有径向密度梯度的包络或风的发射。这严重限制了可能的同步辐射的次级电子相当低的通量水平。次级电子没有显著的贡献几乎可以肯定是由于多GeV能量的宇宙射线无法穿透到巨大的分子云中。这也可以解释为什么EGRET没有从Sgr B2中观测到100 MeV-GeV的伽马射线（来自中性π介子衰变或次级电子的韧致辐射），而观测到TeV能量的伽马射线，这是由更容易穿透巨大分子云的更高能量宇宙射线产生的。
2008-10-11 astro-ph
Synchrotron Radiation from the Galactic Center in Decaying Dark Matter Scenario
讨论了不稳定暗物质情况下银河系中心的同步辐射通量。PAMELA合作组最近报道的正电子分数异常过剩的动机下，我们考虑的情况下，暗物质粒子是不稳定的（和长寿命），高能电子和正电子产生的衰变的暗物质。然后，发射的电子和正电子成为同步辐射的源。我们计算了衰变暗物质模型的同步辐射通量，这可以解释PAMELA正电子过剩。取暗物质的寿命为O（10^26秒），这是解释PAMELA异常的建议值，发现同步辐射通量为O（1 kJy/str）或更小，这取决于粒子物理学和宇宙学参数。
2008-11-27 astro-ph hep-ph
Anomalous transport of cosmic ray electrons
使用连续时间随机游走的形式主义的异常运输过程中，旅行的距离的方差不一定随时间线性增加建模。我们计算粒子传播子，它具有所需的依赖于空间和时间，并使用这些来找到连续注入电子的人口所发射的同步辐射的空间依赖性。当电子被传送离开源时，它们冷却，同步加速器光谱变软。次扩散运输-对应于随机捕获，或限制运输的平均方向的随机磁场-产生一个更慢的速度变化的光谱指数比超扩散-这发生在粒子移动几乎没有散射，在一个领域包含大的有序区域。后发座星系团的外部扩散发射的应用程序有利于超扩散方面的解释。
1997-08-05 astro-ph
Generation of Emissions By Fast Particles In Stochastic Media
综述了非热粒子在随机介质中传播的电磁辐射理论的基本内容。特别地，详细分析了随机磁场/电场作用下的同步辐射（DSR）的一般理论和几种特殊情况。DSR理论的天体物理源以及其他发射过程的随机介质的典型的可能应用进行了简要讨论。
2005-10-11 astro-ph
Circular polarization from stochastic synchrotron sources
本文用解析方法和蒙特卡罗模拟探讨了随机同步辐射源中偏振辐射的传输。我们认为，负责紧凑的同步辐射源的圆偏振特性的主要机制很可能是法拉第转换，并认为，与普遍的预期相反，法拉第旋转的显着速率并不一定意味着强去偏振。在许多源中观察到的圆极化符号的长期持续性，最有可能是由于在中央发动机中产生的小净磁通量，其沿着射流轴携带并叠加在高度湍流的磁场上。我们表明，圆偏振和线偏振的平均水平取决于沿视线的场反转的数量，并且法拉第旋转的梯度可以导致湍流区域的“相关去偏振”。我们的模型是潜在的适用于广泛的同步辐射源。特别是，我们演示了我们的模型可以自然地解释在银河系中心和附近的螺旋星系M81的圆偏振超过线偏振的过剩，并讨论其应用于类星体3C 279，日内变量耀变体PKS 1519-273和X射线双星SS 433。
2001-12-04 astro-ph
Analytical solutions for energy spectra of electrons accelerated by nonrelativistic shock-waves in shell type supernova remnants
最近从一些年轻的壳型超新星遗迹中观测到的硬X射线和极高能γ射线表明，对相对论性电子的能谱进行详细的定量研究是非常重要的。相对论性电子是通过扩散激波加速，伴随着通过同步辐射和逆康普顿散射产生的强烈非热辐射而形成的。目的{本文的目的是推导出描述冲击加速电子能量分布的动力学方程的精确渐近解，该方程的扩散系数与能量的关系是任意的。%方法{在低能量和很高能量区域的渐近解与在中间能量范围的数值计算相结合，允许对整个能量区域的电子能谱的解析表示。}在假定电子的能量损失主要由同步辐射冷却决定的情况下，我们导出了不受扩散系数限制的电子的精确渐近谱。我们还得到了简单的解析近似，它描述了由同步辐射和逆康普顿散射引起的激波加速电子的非热辐射能谱，其精度优于10%。这些结果可用于解释壳型超新星遗迹的X射线和γ射线观测，以及其他非热高能源群体，如微类星体和活动星系核的大尺度同步加速器喷流。
2007-10-26 astro-ph
Synchrotron Radiation From Radiatively Inefficient Accretion Flow Simulations: Applications to Sgr A*
我们计算同步辐射在三维伪牛顿磁流体动力学模拟的辐射低效吸积流。我们表明，发射是高度可变的光学薄的频率，与数量级的变化在时间尺度上短的轨道周期附近的最后一个稳定的轨道，这种发射是线性偏振的20- 50%的水平，由于相干的环形磁场的流动。在光学厚的频率，变化幅度和偏振分数显着降低光子频率。我们认为，这些结果与银河系中心Sgr A* 的观测特性（包括快速红外耀斑）基本一致。
2004-11-23 astro-ph
Synchrotron radiation from quasi-monoenergetic electrons - Modelling the spectrum of Sgr A*
本文研究了相对论电子准单能系综的光谱，特别是在弱相对论情况下，并讨论了磁场倾角对发射率的影响。我们应用精确的理论描述的频谱的射电源Sgr A* 位于或非常接近我们的银河系的动力中心。我们发现，无线电MIR光谱可以很好地再现，但由此产生的自康普顿X射线通量是远远小于所观察到的。
1997-07-15 astro-ph
Stochastic particle acceleration at shocks in the presence of braided magnetic fields
高能粒子在激波前沿的扩散加速理论假设带电粒子在均匀磁场中进行空间扩散。然而，如果磁场不是均匀的，而是具有随机的或编织的结构，则带电粒子穿过场的平均方向的传输就更加复杂。假设场线的准线性行为，粒子在短时间尺度上经历子扩散。我们推导出这种运动的传播子，它不同于高斯形式的相关扩散，并将其应用到一个配置与平面冲击波阵面的法线是垂直于平均场方向。给出了加速时间与漂移磁场线的扩散系数和平行于局域场的带电粒子的空间扩散系数的函数关系式。此外，我们还计算了上游和下游等离子体中粒子密度的空间依赖性。与扩散情况相反，激波前沿处的粒子密度低于远下游处的粒子密度。这是磁场中的结构部分捕获颗粒的结果。因此，加速粒子的频谱是一个幂律的动量，这是比扩散的情况下更陡峭。对于相空间密度$f\propto p^{-s}$，我们发现$s=\sdiff[1+1/(2\rcomp)]$，其中$\rcomp$是激波阵面的压缩比，$\sdiff$是扩散加速度的标准结果：$\sdiff=3\rcomp/(\rcomp-1)$ .单原子理想气体中的强激波产生$s=4.5$谱。在电子的情况下，这对应于$α=0.75$的射电同步加速器光谱指数。
1996-04-11 astro-ph
Upper bounds on signals due to WIMP self--annihilation: comments on the case of the synchrotron radiation from the galactic center and the WMAP haze
最近的两篇论文重新考虑了这样一种可能性，即由WMAP测量的银河系中心$\sim 20^0$（{ \it WMAP haze}）内区域的过量微波辐射可能是由于中性伴子自湮灭产生的同步辐射;在这种可能发生的基础上，还提出了中性伴子自湮灭截面的上限。在本说明中，我们表明，在一个标准的宇宙学模型中的热WIMP的常见情况下，当银河系的WIMP密度的重新标度适当考虑次主导的WIMP，上限适用于一般的{ \it任何}信号由于自共轭WIMP是更严格的比从分析的WMAP阴霾。我们还认为，一个实验的上限，这可以与我们的通用上限，而不是来自宇宙反质子通量的测量，一些值的天体物理传播模型的参数。最后，我们评论我们的通用上限的解释的WMAP阴霾的热中性子在一个标准的宇宙学方案的可能影响。
2008-02-16 astro-ph hep-ph
Discriminating different scenarios to account for the cosmic $e^\pm$ excess by synchrotron and inverse Compton radiation
本文介绍了PAMELA最近测量的宇宙正电子分数的过剩和ATIC、PPB-BETS、Fermi和H.E.S. S等电子能谱的过剩。表明存在初级电子和正电子源。可能的解释包括暗物质湮灭、衰变和天体物理学起源，比如暗物质星。在这项工作中，我们表明，这三个方案都可以解释宇宙$e^\pm$过剩的实验结果。然而，通过电子和正电子的局部测量来区分这些不同的情况可能是困难的。我们提出了可能的歧视，这些方案之间通过同步辐射和逆康普顿辐射的初级电子/正电子从该地区接近银河系中心。以典型的配置，我们发现这三种方案预测相当不同的光谱和天空图的同步辐射和逆康普顿辐射，虽然有相对较大的不确定性。最显著的差异来自同步辐射的能带$10^4\sim 10^9$ MHz和逆康普顿辐射的能带$\gtrsim 10$ GeV。在未来，如果有高精度的同步加速器和扩散$γ$射线天空图，它可能至少能够将湮灭暗物质的场景与其他两个场景区分开来。
2009-07-20 astro-ph hep-ph
