Can astrophysical neutrinos trace the origin of the detected ultra-high energy cosmic rays?
由于天体物理学中微子是在宇宙射线的相互作用中产生的，因此利用中微子的方向相关性来识别宇宙射线的起源是该领域最有趣的可能性之一。为此，特别是超高能宇宙射线（UHECR）是有希望的，因为它们比低能量的宇宙射线更少地被河外和银河磁场偏转。然而，UHECR的光强子相互作用限制了它们的视界，而中微子在宇宙学距离上不相互作用。我们研究的可能性，以寻找各向异性从理论的角度来看，考虑到UHECR视界，磁场偏转，和宇宙学源的演化，通过调查中微子UHECR的相关性。在假设中微子和UHECR都来自同一个源类的情况下，我们证明了中微子多重态的非观测强烈限制了发现中微子-UHECR关联的可能性。
2020-04-09 astro-ph.HE
Constraints on Physical Conditions for the Acceleration on Ultra-high-energy Cosmic Rays in Nearby Active Galactic Nuclei Observed with the Fermi Large Area Telescope
利用多波长观测资料研究了活动星系核（AGN）附近超高能宇宙射线（UHECR）加速的可能性，并对其物理条件进行了约束，即：同步辐射的亮度和加速点的大小。首先，我们研究了费米第三伽马射线源目录中UHECR的到达方向和附近活动星系核的位置之间的空间相关性。我们选择了27个活动星系核作为UHECR加速器的候选者。然后，利用Peer和Loeb方法，利用同步辐射的峰值亮度和逆康普顿散射与同步辐射的峰值通量比，对活动星系核加速区的物理条件进行了评估。通过计算，我们发现六个活动星系核都具有加速活动星系核中超高能质子的能力。此外，我们发现，最小的加速尺寸必须超过几个千秒差距的UHE质子加速的活动星系核叶。
2017-10-17 astro-ph.HE
Orders of Fermi- and Plasma-Accelerations of Cosmic Rays
在{ \tt 1006.5708 [astro-ph.HE]}中介绍的超高能宇宙射线的通用加速模型提出了宇宙带电粒子与不同类型的等离子体场之间的各种类型的电磁相互作用，这些等离子体场被假定在空间和时间上具有一般配置。模型中还包括了著名的费米加速机制。同时，非相对论极限费米机制遵循$β$的一阶和二阶，即粒子速度与恒星磁云速度的比值，在等离子体场扇区中，$β$不起任何作用，即为零阶。在相对论极限下，费米加速度的量级只有在弹性散射或冲击波的条件下才是可能的。此外，还发现$β$系数是初、末速度和特征拉莫尔半径的函数。
2010-10-26 astro-ph.HE
Astrophysical sources and acceleration mechanisms
多信使天文学可以同时用不同种类的望远镜观测同一天文事件：光学观测、X射线、伽马射线暴、中微子和最近的引力波只是可以观测和分析天文事件的几个角度中的几个例子。宇宙射线在多信使天文学中发挥着重要作用，因此，必须深化对其来源的研究，并了解其在天文环境中加速的机制。
2022-09-02 astro-ph.HE
Cosmic Ray Acceleration in Supernova Remnants
我们回顾了关于超新星遗迹中银河系宇宙射线加速的主要观测和理论事实，讨论了赞成和反对宇宙射线和超新星遗迹之间联系的论点，即所谓的银河系宇宙射线起源的超新星遗迹范例。讨论了扩散激波加速机制模型的最新进展，重点讨论了磁场放大、比氢重的原子核加速、星周环境中中性粒子的存在等因素的作用。本文还讨论了在费米-LAT望远镜和切伦科夫望远镜时代超新星-宇宙线联系的状况。
2010-12-22 astro-ph.HE
Espresso and Stochastic Acceleration of Ultra-high-energy Cosmic Rays in Relativistic Jets
在espresso方案中，超高能（UHE）宇宙射线（CR）是通过活动星系核的相对论喷流中的类银河宇宙射线的一次性再加速产生的，与磁场波动决定的散射率无关。在Mbarek & Caprioli（2019）中，我们在高分辨率磁流体动力学（MHD）射流模拟中追踪了测试粒子CR，并发现相关的光谱斜率，化学成分和各向异性与UHECR现象学一致。在这项工作中，我们扩展了这样的分析，包括亚网格俯仰角散射模型的小尺度磁湍流，不能解决的MHD模拟。我们发现，一个大的散射率解锁随机加速度，并促进低能量CR，这最终导致更硬的UHECR光谱。然而，达到最高能量（达到希拉斯极限）的粒子总是由浓咖啡加速产生的，它们的光谱与假设的子网格散射率无关。
2021-08-13 astro-ph.HE
Two-Step Acceleration Model of Cosmic Rays at Middle-Aged SNR
最近对中年超新星遗迹的伽马射线观测揭示了一个神秘的破幂律谱。利用三维磁流体动力学模拟，我们表明，超新星爆炸波和星际云之间的相互作用形成的热不稳定性产生多个反射冲击。反射激波的典型马赫数为M ~ 2，这取决于云与云之间的密度差。这些次级冲击波可以进一步激发最初在爆炸波冲击波中加速的宇宙射线粒子。这种“两步”加速方案再现了观测到的伽马射线谱，并预测了高能谱指数约为3至4。
2010-10-04 astro-ph.HE
Bayesian Inference Constraints on Astrophysical Production of Ultra-high Energy Cosmic Rays and Cosmogenic Neutrino Flux Predictions
能量为$\gg10^{15}$ eV的地外中微子流有可能作为高能宇宙的宇宙学探测器以及基本粒子相互作用的测试。宇宙成因中微子是由超高能宇宙射线（UHECR）与宇宙光子背景相互作用产生的，被认为是一种有保证的通量。然而，预期的中微子通量取决于最高能量的UHECR的组成;与较轻的核和质子相比，较重的核导致较低的中微子通量。本研究的目的是估计宇宙成因中微子光谱的范围与最近的宇宙射线光谱和成分数据使用一个完全推断贝叶斯方法相一致。这项研究假设了一系列与天体物理源、宇宙射线的通量和成分以及探测器系统不确定性相一致的源分布。应用于这项研究的技术是使用仿射不变的马尔可夫链蒙特卡罗，这是一个有效的贝叶斯推断工具，用于表征多维参数空间及其相关性。
2018-05-03 astro-ph.HE
"Espresso" Acceleration of Ultra-high-energy Cosmic Rays
我们提出，超高能（UHE）宇宙射线（CR）以上的$10^{18}$电子伏特的强大的活动星系核的相对论射流通过一个原始的机制，我们称之为“浓咖啡”的加速：“种子”银河CR与能量$\lesssim 10^{17}$电子伏特的横向穿透射流接收“一次性”的能量增加的一个因素$\simΓ^2$，其中$Γ$是相对论流的洛伦兹因子。对于典型的喷流参数，宿主星系中百分之几的CR可以经历这一过程，而具有$Γ\gtrsim 30$的强大耀变体可以将UHECR加速到超过$10^{20}$ eV。浓咖啡加速的UHECR的化学成分由银河系CR膝决定，预计在$10^{18}$ eV处以质子为主，在更高的能量处越来越重，这与皮埃尔俄歇天文台最近的观测结果一致。
2017-02-06 astro-ph.HE
Cosmic-ray acceleration and escape from post-adiabatic Supernova remnants
已知超新星遗迹会加速宇宙射线，因为它们会发射非热的无线电波、X射线和伽马射线。虽然有许多关于超新星遗迹中宇宙射线加速的模型，但宇宙射线从这些来源的逃逸还没有得到充分的研究。我们使用我们的含时加速程序RATPaC来研究宇宙射线的加速和它们在后绝热超新星遗迹中的逃逸，并计算了随后由逆康普顿散射和π介子衰变产生的γ射线辐射。我们进行了球对称的1-D模拟，其中我们同时解决运输方程的CR，磁湍流，热等离子体的流体动力学流动在一个足够大的体积，以保持所有的CR在模拟。通过宇宙线梯度和宇宙射线的空间扩散系数耦合了宇宙线和磁湍流的输运方程，而宇宙线对激波结构的反馈可以忽略。我们的模拟跨度100 kyrs，从而涵盖了残余物的演变，直到开始的后绝热阶段。在演化的后期阶段，能量范围很广的宇宙射线可以驻留在残骸之外，产生比标准DSA预测的更软的光谱，并在10-100 GeV范围内出现特征断裂。释放到星际介质中的宇宙射线的总光谱在大约10 GeV以上的光谱指数为s~2.4，这接近银河系传播模型所需的光谱指数。我们进一步发现，伽马射线的亮度在4,000年左右达到峰值，这是逆康普顿主导的高能发射。在低密度介质中膨胀的残余物通常会发出更多的逆康普顿辐射，这与已知最明亮的超新星遗迹-RCW 86，Vela Jr，HESSJ 1731 -347和RXJ1713.7-3946 -都在低密度环境中膨胀的事实相匹配。
2019-12-03 astro-ph.HE
Anomalous distributions of primary cosmic rays as evidence for time-dependent particle acceleration in Supernova remnants
最近对宇宙线（CR）谱的精确测量表明，质子的能量分布比重核的能量分布更软，并且对于$\sim$ 200 GV以上的所有核成分都存在谱硬化。为这些异常提出的模型通常假设粒子加速过程的稳态解。我们表明，如果扩散系数有一个弱的依赖于超新星遗迹（SNR）的冲击波前附近的粒子刚性，随时间变化的线性扩散冲击波加速的解决方案在两个阶段的SNR演变可以自然地解释这些异常。CRs的高能量成分主要由自由膨胀和绝热阶段的加速和富集重元素以及高冲击速度所支配。低能量成分可能是由于在辐射相中具有低金属含量的致密分子云中传播的慢激波加速。随能量的增加，含时解的谱逐渐软化，而不是单一的幂律分布，这可能是CR的“膝”的原因。
2017-07-02 astro-ph.HE
Multi-scale simulations of particle acceleration in astrophysical systems
本文综述了湍流天体物理流中高能粒子加速和输运的数值研究现状，并对这一问题作了简要介绍。该主题还补充了激光等离子体实验领域的最新进展的简短概述。我们审查的主要物理过程的核心生产的非热分布在牛顿和相对论天体物理流，即一阶和二阶费米加速过程。我们还讨论了冲击漂移和冲浪加速，两个过程中的粒子注入冲击加速的背景下，重要的。我们分析了一些细节的粒子在细胞（PIC）的方法来描述粒子动力学。我们回顾了近年来用PIC模拟得到的关于冲击和重联事件中粒子加速的主要结果。综述讨论了福克-普朗克问题的解决方案，并将其应用于研究冲击时的粒子加速，以及致密物体周围的热日冕等离子体中的粒子加速。我们继续考虑大尺度物理学。我们描述了磁流体动力学（MHD）模拟的最新进展。我们给一个特别强调的方式充满活力的粒子动力学可以耦合到MHD的解决方案，无论是使用多流体计算或直接耦合动力学和流体计算。这方面是强制性的，以调查粒子的加速在深相对论制度，以解释最高的宇宙射线能量。
2020-02-25 astro-ph.HE
Active Galactic Nuclei as potential Sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays
活动星系核（AGN）及其相对论喷流是最有希望的超高能宇宙线（UHECR）加速器。这个紧凑的审查总结了基本的实验结果，最近的仪器，并讨论了可能的解释和天体物理学的限制源能量。特别注意的是在AGN的UHECR加速的潜在网站和机制，包括间隙型粒子加速接近黑洞，以及一阶费米加速在trans-relativistic冲击和随机剪切粒子加速在大尺度喷流。最后两种机制是我们目前认识的最有希望的机制，而邻近的FR~I型射电星系为UHECR加速提供了合适的环境。
2022-11-22 astro-ph.HE
Cosmic ray acceleration in accretion flows of galaxy clusters
本文研究了星系团中激波和吸积流对宇宙射线的加速作用。给出了加速粒子谱和非热辐射的数值计算结果。结果表明，室女座附近星系团中质子和核的加速运动可以解释观测到的超高能宇宙射线谱。
2018-07-31 astro-ph.HE
Cosmic Ray Acceleration by Relativistic Shocks: Limits and Estimates
我们研究的能量限制，宇宙射线可以加速相对论冲击，表明轻离子的加速高达100 EeV是不可能的。我们估计的含义是，如果超高能宇宙射线被冲击加速，那么这些冲击可能不是相对论性的。
2017-09-22 astro-ph.HE
Modeling Hadronic Interactions in Ultra-High-Energy Cosmic Rays within Astrophysical Environments: A Parametric Approach
本文提出一种参数化方法，用于复现EPOS-LHC和Sibyll2.3d两种强子相互作用模型在超高能宇宙线源环境中的次级粒子通量，并通过与源代码对比验证其可靠性，可作为分析或快速蒙特卡洛模拟的替代方案。
2024-10-20 astro-ph.HE
UHE Cosmic Rays and AGN Jets
活动星系核（AGN）及其相对论喷流被认为是超高能（UHE）宇宙线加速的潜在场所。本文回顾了基本的观测结果以及对源能量学的要求，然后讨论了不同加速位置和机制的相关性，如黑洞隙、回流中的激波或喷流剪切加速。当放在上下文中，结果表明，费米型粒子加速在trans-relativistic冲击和/或在剪切，相对论流提供了最有前途的框架UHECR生产活动星系核。然而，真正破译UHECRs的天体物理来源，仍然需要改进的到达方向和源相关性的统计信息。
2019-11-11 astro-ph.HE
Modeling gamma ray production from proton-proton interactions in high-energy astrophysical environments
伽马射线是研究天体物理环境中高能粒子相互作用的最佳探针。空间仪器，如费米大面积望远镜（费米LAT）和地面实验，如VERITAS，H.E.S.S.和MAGIC为我们提供了关于银河系内外伽马射线各种产生机制的宝贵数据。根据天文条件，伽马射线可以由强子或轻子相互作用产生。在本文中，我们探讨的产生γ射线的强子通道，其中γ射线主要产生的次级中性π介子和$η$介子衰变的质子-质子相互作用在一个广泛的能量范围。我们使用最先进的高能强子相互作用模型，校准与新的大型强子对撞机的结果，并广泛用于地面超高能空气簇射实验。我们还比较了SIBYLL 2.1，QGSJET-II-04和EPOS LHC模型，并提供了查找表，研究人员可以使用它来模拟强子通道的伽马射线产生，并最终从伽马射线观测中提取潜在的质子谱。
2013-09-10 astro-ph.HE
Irradiated shocks in the W28 A2 massive star-forming region: a site for cosmic rays acceleration?
大质量恒星的形成从许多角度来看在星系中起着至关重要的作用。原恒星产生强烈的紫外线辐射场，电离其周围环境，并以喷流和双极外流的形式在邻近介质中驱动强大的冲击波，其结构可部分由局部强磁场组织。这种喷射活动局部地改变了星际化学，有助于物质的循环。它还显著参与星系的能量平衡。在大质量恒星形成的后期阶段，原恒星被一个超致密的HII区域所包围，并辐射出其双极外流，其中固有的强磁场结构与通常的高密度相关联。在HII区域或双极流出中，强磁场、物质的显着电离和大量可用的机械能的同时存在，可以提出原位宇宙射线加速的问题。在这篇文章中，我们将只总结我们基于APEX，IRAM 30 m和Herschel望远镜的观测，对W28 A2大质量恒星形成区的潜在原位宇宙射线加速辐射激波的研究结果，并在Gusdorf等人的论文中提出。最近提交给A&A。
2015-03-23 astro-ph.HE
On magnetic field amplification and particle acceleration near non-relativistic astrophysical shocks: Particles in MHD Cells simulations
我们提出了磁化天体物理冲击的模拟，考虑到热等离子体的冲击和超热粒子之间的相互作用。这种相互作用是通过结合基于网格的磁流体动力学描述的热流体与粒子在细胞技术致力于超热粒子的动态。这种方法，它结合了自适应网格细化功能的使用，是一个潜在的关键，模拟天体物理系统的空间尺度上，超出了纯粒子在细胞模拟。在这项研究中，我们考虑了非相对论冲击与各种Alfvenic马赫数和磁场的结晶度。当磁场平行于激波法线时，我们恢复了以前研究中磁场放大和粒子加速的所有特征。与以前的粒子在细胞混合模拟相比，我们发现，粒子加速和磁场放大也发生时，磁场是倾斜的冲击，但在更大的时间尺度比平行的情况下。我们表明，在我们的模拟中，超热粒子正在经历加速由于粒子的预热过程类似于冲击漂移加速导致的冲击波阵面。这种冲击波阵面和磁场的振荡局部地帮助粒子进入上游区域，并引发非共振流不稳定性，并最终诱导扩散粒子加速。
2017-09-29 astro-ph.HE
Cosmic rays from supernova remnants and superbubbles
最近对单个超新星遗迹和超级气泡的高能伽马射线观测，以及对超新星、恒星形成区和局部宇宙射线组成的观测，现在提供了一个将宇宙射线的来源、注入、加速和传播联系在一起的综合框架，因此有可能确定它们对宇宙射线加速的相对贡献，但最高能量除外。
2018-07-25 astro-ph.HE
Particle Acceleration in Astrophysical Sources
天体物理源是非常有效的加速器。一些源发射的光子能量高达TeV，这是其中存在能量比地球上最大的加速器所能达到的能量高得多的粒子的特征。更令人信服的证据来自对宇宙射线的研究，这些带电的相对论粒子以令人难以置信的高能量到达地球：在其光谱的最高能量端，这些亚原子粒子携带宏观能量，高达几焦耳。在这里，我将讨论宇宙粒子加速器的最佳候选源和机制。我将主要集中在银河系的来源，如超新星遗迹和脉冲星风星云，这是接近和明亮的，是最好的研究天体物理加速器。这些源负责宇宙中相对论粒子的大部分能量，但它们并不被认为能将粒子加速到最高的单个能量$\approx 10^{20}$ eV。然而，它们使我们能够非常详细地研究加速机制，如冲击加速（在牛顿和相对论范围内）或磁重联，同样的过程也可能在更强大的源中运行。
2015-03-09 astro-ph.HE
Espresso Acceleration of Ultra-High-Energy Cosmic Rays up to the Hillas Limit in Relativistic MHD Jets
Espresso是一种新的超高能宇宙射线（UHECR）加速模型，其中超新星遗迹中产生的低能宇宙射线在强大的活动星系核（AGN）的相对论喷流中经历一次再加速，达到能量高达$10^{20}$ eV。为了测试espresso框架，我们通过在超相对论射流的现实3D磁流体动力学（MHD）模拟中传播100，000个粒子，从注入到最高能量的自下而上遵循UHECR加速。我们发现，模拟同意与分析预期的轨迹的个别粒子。我们还量化了CR种子的$\sim 10\%$在能量上获得了$\simΓ^2$的因子，其中$Γ$是射流的有效洛伦兹因子;此外，大约$0.1\%$的粒子经历了两次或更多次发射以实现超过$Γ^2$的增益。粒子通常被加速到射流的希拉斯极限，这表明浓咖啡机制应该在典型的AGN射流中将银河系CR提升到UHECR。最后，我们讨论了如何浓咖啡加速AGN喷流是一致的UHECR光谱和化学成分，也与UHECR到达方向测量的俄歇和望远镜阵列。
2019-09-13 astro-ph.HE
Acceleration of cosmic rays at supernova remnant shocks: constraints from gamma-ray observations
在过去的几年里，伽马射线天文学进入了一个黄金时代。在TeV能量下，十年前只有少数几个来源是已知的，但目前这一代的地基成像大气切伦科夫望远镜已经将这个数字增加到一百多个。在GeV能量下，费米伽马射线太空望远镜在其运行的头两年中将已知源的数量增加了近一个数量级。最近对壳型超新星遗迹的伽马射线发射的探测和前所未有的形态学研究引起了极大的兴趣，因为这些分析与宇宙射线起源的长期问题直接相关。然而，这些探测仍然没有构成超新星遗迹加速银河系宇宙射线的决定性证据，主要是由于难以解开强子和轻子对观测到的伽马射线辐射的贡献。在这次演讲中，我将回顾伽马射线天文学中有关超新星遗迹的最相关的宇宙射线相关结果。
2011-11-14 astro-ph.HE
Acceleration of ultra-high energy cosmic rays in the early afterglows of gamma-ray bursts: concurrence of jet's dynamics and wave-particle interactions
超高能宇宙射线$($ UHECRs $)$的起源仍然是一个谜。有人认为，超高能电子回旋共振是由伽马射线暴$($伽玛暴$)$的相对论喷流在余辉早期的随机加速产生的。在这里，我们开发了一个时间相关的模型，考虑到射流的动力学和湍流波和粒子之间的相互作用的并发影响，质子的级联可压缩波在伽玛射线暴射流。考虑磁声波的快模作为主要的粒子散射体，并假设星际介质$($ ISM $)$为环暴环境，我们的数值计算结果表明，在余辉早期，质子可以被加速到$\textrm{10}^{\textrm{19}}\,$ eV.估计表明，在大多数情况下，超高能核可以很容易地在外激波中幸存下来，从而允许在所提出的框架中加速$\textrm{10}^{\textrm{20}}\,$ eV宇宙线核.光谱斜率可以像$\textrm{d}\textit{N}/\textrm{d}\textit{E} \propto \textit{E}^\textrm{0}$一样硬，这与皮埃尔俄歇天文台测量的UHECR中等质量成分解释的要求一致。
2021-10-07 astro-ph.HE
Non-linear Diffusive Shock Acceleration of Cosmic Rays -- Quasi-thermal and Non-thermal Particle Distributions
该研究利用半解析Blasi非线性DSA模型，从κ型准热分布出发计算质子与电子的非热能谱，并改进子激波跃变、电子加热、磁场不稳定性及逃逸与损失修正。
2023-09-15 astro-ph.HE
Core-collapse supernovae in dense environments -- particle acceleration and non-thermal emission
超新星遗迹可以加速宇宙射线，这是通过探测到无线电波、X射线和伽马射线中的非热辐射来实现的。然而，将宇宙射线加速到PeV能量的能力还有待证明。在几个年轻的SNRs的伽马射线光谱中存在截止点，这导致了PeV能量可能只在残骸演化的最初几年才能达到的想法。我们使用我们的时间相关的加速代码RATPaC研究宇宙射线的加速超新星膨胀到密集的环境中的大质量恒星周围。我们进行了球对称的1-D模拟，在其中我们同时解决宇宙射线，磁湍流，热等离子体的流体动力学流动的测试粒子限制的输运方程。我们调查了RSG和LBV恒星周围自由膨胀风的典型CSM参数，并解释了爆炸后第一天的强烈伽马-伽马吸收。即使考虑最大的磁场和质量损失率，最大可实现的粒子能量也被限制在600 TeV以下。对于在爆炸前经历适度质量损失的LBV和RSG，最大能量预计不会超过200 TeV和70 TeV。我们发现伽马射线峰值亮度与当前上限一致，并评估了当前一代仪器能够检测到距离高达60 kpc的IIP型爆炸和距离高达1.0Mpc的IIn型爆炸的伽马射线。我们还发现我们的模型预测的热X射线和无线电同步辐射与一系列的观测之间有很好的一致性。
2022-08-05 astro-ph.HE
On the shape of the spectrum of cosmic-rays accelerated inside superbubbles
超新星遗迹被认为是银河系中宇宙射线的主要来源。由于它们的祖先通常聚集在OB协会中，因此必须考虑加速过程中集体效应的可能性。在这项工作中，我们调查的形状的光谱质子加速内的超级气泡吹周围的大质量恒星的集群。要做到这一点，我们嵌入半分析模型的粒子加速和运输内的蒙特卡罗模拟OB协会的时间表。我们认为，在超新星遗迹的冲击波前的定期加速，以及随机的再加速和逃逸之间发生的冲击。我们观察到，粒子光谱，虽然强烈间歇，得到一个独特的形状，从加速和逃逸之间的竞争：他们是在最低的能量和最高的能量软。这种光谱断裂发生的动量取决于一个单一的无量纲参数，我们评估的对象的选择。超级气泡的加速行为取决于磁场的扰动：如果B值很低，超级气泡只是一系列超新星冲击的宿主，但如果B值足够高，它就像一个全局加速器，产生独特的光谱。这对这些物体的高能发射具有重要意义。
2009-12-24 astro-ph.HE
Gamma rays from extragalactic astrophysical sources
目前有几类探测到的河外伽马射线源。它们大多与活动星系核（AGN）和（在软伽马射线下）伽马射线暴（GRB）有关，但不仅如此。活动星系核是由星系所容纳的吸积超大质量黑洞组成的，在某些情况下，星系呈现出强大的相对论性喷流活动。这些源，已经在伽马射线中研究了几十年，可能是最具活力的天体物理对象，它们的外观在很大程度上取决于它们的喷流是否指向我们。伽马射线暴被认为与宇宙学距离上的恒星质量物体的坍缩或合并有关，它也在吸积高度相对论性喷流源，这些喷流源在高能量下强烈发光。这些事件持续时间很短，但它们也是最明亮的。最近，恒星形成星系也被证明是伽马射线发射体。另一方面，星系团还没有被探测到超过X射线。这些是宇宙中已知的最大结构;在它们通过吸积和合并形成的过程中，会产生冲击和湍流，这可能导致伽马射线的产生。在这项工作中，活动星系核的伽玛射线物理的简要介绍，以及星暴星系，伽玛暴和星系团。之后，我们考虑了一些特殊的情况下，在非耀变体AGN喷流与他们的介质在不同的尺度上相互作用的伽马射线生产。
2011-09-08 astro-ph.HE
Particle acceleration by turbulent-driven magnetic reconnection and the production of gamma-rays and neutrinos in AGNs
本文回顾了3D湍流磁重联如何高效驱动粒子加速至极高能量，并探讨其在AGN喷流和吸积盘中解释伽马射线与中微子发射的潜力。
2025-04-04 astro-ph.HE
Stochastic acceleration in arbitrary astrophysical environments
本文首次给出含连续与突变动量变化的各向同性稳态动量扩散方程的半解析解，证明堆积凸起是随机加速的普遍特征，并强调简化幂律近似的不足。
2024-11-22 astro-ph.HE
Hadronic Re-Acceleration at the Crab Pulsar Wind Termination Shock as a Source of PeV Gamma-Rays
针对蟹状星云PeV伽马射线起源不明的问题，提出强子从超新星抛射物扩散入脉冲星风云并由终止激波再加速的机制，通过粒子输运模拟验证其可行性。
2023-10-11 astro-ph.HE
On the acceleration of cosmic rays at the post-adiabatic shocks of supernova remnants
INAF - Osservatorio Astronomico di Palermo（意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台）；Institute for Applied Problems in Mechanics and Mathematics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院应用力学与数学问题研究所）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所阿切特里天文台）；Institute of Physics and Astronomy, University of Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）
研究超新星残骸在非绝热激波阶段加速宇宙射线的机制及观测证据
2026-03-22 astro-ph.HE
Implications of supernova remnant origin model of galactic cosmic rays on Gamma rays from young supernova remnants
人们普遍认为银河系宇宙射线起源于超新星遗迹（SNRs），在超新星爆炸波的扩散激波加速过程中，宇宙射线被超新星遗迹加速。在最近的理论发展的扩散冲击加速理论在信噪比，质子预计将加速在信噪比至少高达膝盖的能量。如果信噪比是真正的宇宙射线发生器，它不仅能加速质子，而且能加速比例合适的重核，重核的最大能量应该是质子的原子质量（Z）倍。在这项工作中，我们调查的影响，在信噪比的高能伽马射线产生的宇宙射线与周围物质的强子相互作用的重核加速。我们的研究结果表明，能量转换效率几乎是两倍的混合宇宙射线成分，而不是纯质子来解释观察，其次，如果宇宙射线粒子可以达到Z倍的膝盖能量，而不是200 TeV的能量，如前所述的非放大磁场的伽马射线通量将显着更高的几十TeV以上。这两种最大能量范式将在未来的伽马射线实验中得到区分，如切伦科夫望远镜阵列（CTA）。
2017-06-07 astro-ph.HE
Bell-Instability-Mediated Spectral Modulation of Hadronic Gamma Rays from a Supernova Remnant Interacting with a Molecular Cloud
超新星遗迹（SNRs）被认为是银河系宇宙射线加速的场所。然而，宇宙射线加速的细节仍然没有得到很好的理解。γ射线观测是研究宇宙线加速的有效方法，因为强子γ射线可以追踪~GeV能量以上的高能宇宙线。传统的理论预测，强子γ射线显示出一个平坦的vFv谱从π介子产生的阈值能量的最大能量的扩散冲击加速。在本文中，通过采用数值模拟，解决了分子云的磁流体动力学和宇宙射线的扩散传播的混合系统，我们证明了强子伽马射线谱可以比传统的一个更难，调制谱变得与观测一致。这种变化的机制是：在超新星爆炸冲击波中被加速的宇宙射线传播到一团分子云中。云中的宇宙射线流诱发了所谓的贝尔不稳定性，贝尔不稳定性在云中诱发了阿尔芬波。感应的磁场波动通过减小低于~1 TeV能量的宇宙射线的扩散系数来防止宇宙射线的进一步入侵。这一机制加强了最近井上等人关于分子云周围磁场放大的类似光谱修改的主张。（2012）和Celli et al.（2018年）。
2019-02-13 astro-ph.HE
Supernova origin of cosmic rays from a gamma-ray signal in the Constellation III region of the Large Magellanic Cloud
宇宙射线可以通过超新星提供的冲击加速产生。超新星假说意味着每颗超新星平均注入约1 e50尔格的宇宙射线，而冲击波加速模型预测的幂律宇宙射线谱斜率接近2。这些预测的验证需要测量超新星群注入宇宙射线的光谱和功率。在这里，我们获得这样的测量的基础上的γ射线观测的大麦云星座III区域。我们表明，来自这个年轻恒星形成区的伽马射线发射源自大约2000颗超新星注入的宇宙射线，而不是来自超新星活动之前的大质量星风驱动的超级气泡。宇宙线注入功率为（1.1-0.2+0.5）× 1 e ~（50）尔格/超新星（估计星际介质密度为0.3/cm ~ 3）。谱是斜率为2.09-0.07+0.06的幂律。这与超新星冲击时粒子加速的模型相一致，并为宇宙射线的超新星起源提供了直接的证据。
2017-11-07 astro-ph.HE
Connecting blazars with ultra high energy cosmic rays and astrophysical neutrinos
我们提出了一个强有力的暗示，高能$γ$射线发射耀变体，非常高的能量中微子和超高能宇宙射线之间的联系。我们首先通过过滤现有目录中与IceCube探测到的高能中微子在空间上重合的$γ$射线发射体来识别潜在的强子源。然后，通过在源和宇宙射线之间扫描$γ$射线通量（$F_γ$）和角间距（$θ$），将中微子过滤的$γ$射线发射体与来自皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列的超高能宇宙射线关联。在$θ\leq10^{\circ}$发现了最多80条宇宙射线（预期42.5条）的过剩，这些宇宙射线来自于从第二硬{ \it Fermi}-LAT目录（2FHL）和$F_γ\left(>50\:\mathrm{GeV}\right)\geq1.8\times10^{-11}\:\mathrm{ph}\,\mathrm{cm}^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}$中选出的中微子过滤的$γ$射线发射体。发生这种情况的概率为$2.4 \times 10^{-5}$，在所有考虑的试验补偿后转换为$\sim 2.4 \times 10^{-3}$。相反，在$γ$射线发射体的补充样本中没有观察到过量的宇宙射线（即与冰立方中微子没有空间联系）。对中微子过滤源和补充源样品与宇宙射线之间的联系进行比较的似然比检验有利于中微子过滤发射体与宇宙射线之间的联系，其概率为$\sim1.8\times10^{-3}$（在对所有考虑的试…
2017-02-27 astro-ph.HE
Which radio galaxies can make the highest-energy cosmic rays?
许多作者认为，皮埃尔俄歇天文台和其他宇宙射线望远镜探测到的超高能宇宙射线（UHECR）可能在射电星系的核、喷流或叶中被加速。在这里，我专注于随机加速度在叶。我的要求，他们加速质子的最高观测到的能量的地方限制的可观察到的属性的射电瓣，满足了相对较少的对象内的Greisen-Zat'sepin-Kuzmin（GZK）截止;如果UHECR是质子，并在射电瓣内加速，它们的来源可能是已知的和编目的射电星系。我的波瓣加速也意味着一个（电荷依赖）的上限能量的UHECR，可以以这种方式产生的，如果叶是占主导地位的加速器在当地的宇宙，如果UHECR主要是质子，我们不太可能看到宇宙射线的能量比我们已经观察到的高得多。我评论的可行性的随机加速机制和可能的组成宇宙射线以这种方式加速，根据我们目前的理解的内容的大规模瓣的射电星系，最后讨论的影响随机瓣加速宇宙射线天文学的未来。
2010-04-07 astro-ph.HE
Cosmic-ray acceleration at collisionless astrophysical shocks using Monte-Carlo simulations
上下文扩散激波加速机制已被广泛接受为银河系宇宙射线的加速机制。虽然自洽混合模拟已经显示了如何产生幂律谱，但关于扩散粒子运动和湍流电磁场相互作用的详细信息仍然难以捉摸。目的。在实验粒子理论的框架下，通过检验所获得的宇宙线能谱，研究了扩散激波加速效应。由此产生的能量谱可以通过这种方式从粒子运动中获得，并且根据规定的湍流模型，可以研究通过等离子体波的随机加速的影响。方法.数值蒙特卡罗模拟代码扩展到包括无碰撞激波。这使得人们可以追踪测试粒子在加速时的轨迹。此外，扩散系数可以直接从粒子运动中获得，这使得可以详细了解加速过程。结果$E^{-2}$能谱的经典结果仅在平行激波时重现，而在所有其他情况下，能谱指数根据激波的对称性而减小。定性地说，这可以用平行和垂直于激波阵面方向上的扩散系数来解释。
2015-06-03 astro-ph.HE
Nonthermal processes and particle acceleration in supernova remnants
本章综述超新星遗迹通过扩散激波加速机制加速带电粒子的过程，探讨其作为银河系宇宙射线主要来源的可能性，并分析X射线与伽马射线观测对粒子加速特性的揭示。
2022-11-14 astro-ph.HE
Ion acceleration in non-relativistic astrophysical shocks
我们探索的物理冲击演化和粒子加速在非相对论性碰撞冲击使用多维混合模拟。我们分析了广泛的物理参数相关的加速宇宙射线（CR）在天体物理学的非相对论冲击的情况下，如在超新星遗迹（SNR）的冲击。我们探讨了激波结构和粒子加速效率随Alfvénic马赫数和磁场倾角$θ$的变化规律。我们发现，有高和低马赫数的冲击在预激波区和下游产生的电磁湍流方面的根本区别;占主导地位的模式是共振与流CR在低马赫数制度，而共振和非共振模式都存在高马赫数。下游等离子体中的离子的能量幂律尾部可以占进入的上游流能量的高达15%，以能量斜率为$-2\pm0.2$的幂律分布在粒子的$\sim5%$上。能量转换效率（对于CR）在$θ=15^\circ$到$30^\circ$和$M_A=6$时达到峰值，并随着马赫数的增加而降低，对于$M_A=31$则降至$\sim2%$。加速粒子是由扩散冲击加速（DSA）和冲击漂移加速（SDA）机制产生的，SDA对总能量增益的贡献随着磁倾角的增加而增加。我们还提出了一个混合动力和完全动力学粒子在细胞的结果在早期之间的直接比较，这两个模型之间的协议证明了使用混合动力模拟长期冲击演化。在SNR激波中，对于低马赫数准平行流（$M_A < 30$，$θ< 45$），粒子加速将是显著的。这一发现强调了在SNR冲击中需要有效的磁放大机制。
2011-07-05 astro-ph.HE
Origin of Cosmic Rays
有人认为，宇宙射线有三个“起源”：粒子的起源、能量的起源和加速的地点。每个起源的证据进行了讨论，并概述了一个合理的合成银河系起源的粒子的能量主要来自（但不限于）超新星爆炸，加速的网站是在强碰撞冲击波，和加速粒子来自星际和拱星的物质扫过这些冲击。如果这些冲击能够（正如最近的观测和理论工作所表明的那样）显著地放大磁场，那么这幅图似乎能够解释$3\times10^{18}\,\rm eV$“脚踝”以下所有能量的宇宙射线粒子。高于这个能量的粒子通常被认为是银河系外的起源，并简要讨论了这些UHE粒子可能的加速位点。
2012-03-16 astro-ph.HE
Galactic Centre as an efficient source of cosmic rays
自费米泡和伽玛射线辐射的发现以来，银河系中心的研究受到越来越多的关注，人们试图了解它在初级宇宙射线（CR）的起源和加速中的作用。基于扩散/再加速模型，利用GALPROP软件求解了宇宙射线的扩散方程，并根据银河系中心几个能量源与产生的GeV-TeV扩散γ射线之间的关系，将计算结果与CR谱进行了比较。计算了银河系中心的宇宙线分布和γ射线通量，并探讨了它对地球观测到的宇宙射线谱和化学成分的贡献。我们还讨论了不同的星际气体模型的核相互作用的影响。
2020-06-03 astro-ph.HE
Acceleration of ultrahigh-energy cosmic rays in starburst superwinds
超高能宇宙射线（UHECR）的来源一直难以捉摸。然而，皮埃尔·俄歇天文台的最新报告提供了一个令人信服的迹象，表明UHECR和附近星暴星系的到达方向之间可能存在相关性。我们认为，如果星爆是源的UHECR，那么粒子加速的大规模终端冲击流从星爆发动机的超级风，代表了最知名的概念模型在市场上。我们研究模型上的新约束，并相应地重新调整自由参数。我们表明，UHECR加速超过约10^{11} GeV仍然与观测一致。我们还表明，该模型可以容纳硬源谱所需的俄歇数据。我们演示了如何中微子发射可以被用来作为一个加速模型之间的干扰。
2018-03-04 astro-ph.HE hep-ph
A model of acceleration of Anomalous Cosmic Rays by Reconnection in the Heliosheath
我们讨论了宇宙射线加速模型，该模型解释了旅行者1号和2号观测到的异常宇宙射线。该模型呼吁快速磁重联，而不是冲击作为加速的驱动程序。能量的最终来源与日鞘中发生的磁场反转有关。预计磁场的逆转将发生在整个日鞘，但特别是在太阳风顶附近，在那里的流动减慢和发散相对于星际风，也在边界部门在日光层电流片。虽然重联层内的一阶费米加速理论尚处于起步阶段，但现有的预测与航天器测量的异常宇宙线谱的现有数据并不矛盾。我们认为，旅行者号的数据可以是第一件的证据，有利于加速区域内的快速磁重联，我们认为这是一个广泛传播的天体物理过程。
2009-07-17 astro-ph.EP astro-ph.HE
Observational signatures of particle acceleration in supernova remnants
我们评估了超新星遗迹作为银河系宇宙射线源的现状。我们总结了超新星遗迹的观测，涵盖了整个电磁波谱，并描述了这些观测告诉我们的高马赫数冲击波阵面的加速过程。我们讨论了超新星遗迹中的激波被宇宙射线修正，宇宙射线谱的形状和最大能量，以及超新星遗迹中和周围的宇宙射线的总能量收支。此外，我们还讨论了超新星遗迹作为银河系宇宙射线的主要来源以及替代来源的问题。
2012-06-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Acceleration and propagation of ultrahigh energy cosmic rays
尽管在过去的50年里进行了巨大的实验努力和活跃的理论研究，但最高能量宇宙射线的起源仍然是现代天体物理学中最引人注目的谜团之一。在过去的十年中已经知道了令人兴奋的实验结果，最特别的是在预期的位置检测到一个截止的长期寻求Greisen-Zatsepin-Kuzmin抑制以及大规模各向异性的证据。本文总结和讨论了该领域的最新研究成果。
2012-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
A Cosmic Ray Acceleration Mechanism Based on Background Flow Velocity Inhomogeneities Yielding Power-Law Spectra
本文提出基于背景流速度不均匀性与俯仰角扩散联合效应的宇宙线加速机制，推导出动量幂律谱，其谱指数范围覆盖银河宇宙线观测值，并可能解释太阳高能粒子事件。
2025-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Measurement of the Proton Maximum Acceleration Energy in Galactic Cosmic Rays
宇宙射线代表了宇宙中最重要的能量转换过程之一。它们带来了关于周围宇宙的信息，我们的星系，很可能还有河外空间，至少在最高观测能量下。在它们被发现一个多世纪后，我们还没有关于辐射的起源、加速和传播过程的确定模型。主要原因是不同实验所得结果之间仍存在显著差异，这可能是由于某些仍未知的系统不确定性影响了测量结果。在本文中，我们将集中在10 $^{15}$ eV能量范围内的银河宇宙射线的探测，在那里观察到所谓的\emph{`knee'}的全粒子能谱。给出了（p+He）能谱的测量结果并进行了讨论。
2022-06-06 astro-ph.HE hep-ex
The Astrophysics of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
最高能量的宇宙射线的来源仍然是未知的。它们的来源的发现将揭示宇宙中最具活力的天体物理加速器的工作原理。目前的观测表明，光谱与河外天体物理源的起源一致。候选的来源范围从致密物体的诞生到与伽马射线暴或活动星系中的事件有关的爆炸。我们讨论了从宇宙学上遥远的源传播的主要影响，包括与宇宙背景辐射和磁场的相互作用。我们研究可能的加速机制，导致调查的候选人来源和他们的签名。新的问题来自于观测到的天空各向异性的暗示和成分指标的意外演变。未来的观测可能会达到必要的灵敏度，以实现带电粒子天文学和观测高能光子和中微子，这将进一步阐明宇宙在这些极端能量下的运作。除了促进对高能天体物理现象的新认识外，对高能宇宙射线的研究还可以限制银河系和河外磁场的结构以及探测粒子的相互作用，其能量比地球加速器所达到的能量高几个数量级。
2011-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extended reagions of radio emission not associated with the AGN phenomenon as sources of acceleration of cosmic rays: The case of cD galaxies
与活动星系核现象无关的弥散、非热扩展辐射，在许多活动星系核所在的星系团中发现，与宇宙射线的加速有关。在目前的工作中，我们提出了初步的证据，没有这样的形成在星系团托管的光学识别的CD星系。我们的子样本包括三个强大的低红移射电星系，集中在贫穷的星系团。我们一直在寻找无线电遗迹和（微型）晕，它们可能是活动星系核产生的气泡对宇宙射线的限制而形成的。我们报告正在进行的工作。
2012-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On the origin and acceleration of cosmic rays: Cooling flow clusters and AGN hosts
我们正在星系团的X射线选定样本中寻找射电“遗迹”和“晕”。这些射电特征不是活动星系核（AGN）机制的产物，而更有可能与过去的星系团合并事件有关。活动星系核的冷却流团的主机包含粒子泡，显示非热无线电发射。如果这些气泡能够有效地限制宇宙射线，它们就可以解释射电遗迹和光环的存在。团内磁场和团环境可以揭示宇宙射线的加速机制。使用无线电/X射线数据和分析方法，我们检查三个活动星系核主机出我们的70个集群，即武仙座A，3C 310和3C 388。我们发现这些星团中没有一个包含遗迹和/或光环。
2011-09-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Non-thermal X-rays from Colliding Wind Shock Acceleration in the Massive Binary Eta Carinae
宇宙射线加速一直是一个长期存在的谜团，尽管经过了一个多世纪的研究，我们仍然没有对加速机制进行完整的普查。在大质量双星系统中，强烈的恒星风碰撞会产生强大的激波，人们预计这会通过激波界面处的费米加速产生高能宇宙射线。被加速的粒子会与恒星光子或周围物质碰撞，产生X射线和伽马射线中可观察到的非热辐射。超大质量双星船底座伊塔驱动着太阳附近最强的碰撞风激波。非聚焦高能天文台的观测表明在船底座η星附近有一个高能源，但由于其相对较差的角分辨率，无法最终确定船底座η星为来源。在这里，我们提出了第一次直接聚焦观测的非热源在极硬的X射线波段，这是发现在空间上符合恒星在几个弧秒。这些观测结果表明，非热X射线的来源随双星的轨道相位而变化，并且发射的光子指数与通过分析伽马射线光谱得出的光子指数相似。这是决定性的证据，表明高能辐射确实来源于碰撞风冲击加速的非热粒子。
2019-04-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Superdiffusion of Cosmic Rays: Implications for Cosmic Ray Acceleration
宇宙射线的扩散是理解宇宙射线传播和加速的关键过程。利用Lazarian & Vishniac（1999）对MHD湍流中磁场线空间分离的描述，在小于湍流注入尺度的尺度上量化了磁场的发散，并表明这种发散导致了CR在垂直于平均磁场方向上的超扩散。垂直位移的平方不是随着沿磁场的距离$x$而增加，这是规则扩散的情况，而是随着自由流动CR的$x^{3}$而增加。对于沿磁场扩散传播的CR，相关性变为$x^{3/2}$。在后一种情况下，我们表明，重要的是要区分垂直位移的平均场和当地的磁场。我们考虑如何superdiffusion改变冲击中的CRs的加速度，并显示它如何降低效率的CRs加速在垂直冲击。我们还表明，在这种情况下，当小尺度磁场被产生在预冲击区，一个有效的加速可以发生的CR流沿磁环没有碰撞。
2016-12-20 astro-ph.EP astro-ph.HE
