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
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
Nuclear lines revealing the injection of cosmic rays in supernova remnants
在高能量下，来自超新星遗迹的伽马射线的强子起源仍然存在争议。假设观察到的伽马射线从沃尔夫-拉叶超新星遗迹Cas A是由于加速质子和离子，我们预测的核去激发线发射所产生的超新星喷出物中的重元素的相互作用。这个说明性的例子突出了MeV伽马射线观测宇宙射线的强子指纹的重要性。这些谱线可以通过未来的空间飞行任务在MeV波段进行观测，例如GRIPS，已向欧空局提出，GRIPS是一项使用伽马射线、X射线和近红外望远镜的全天观测飞行任务。在MeV伽马射线中，其灵敏度将比以前的任务提高40倍。
2011-06-06 astro-ph.HE
Acceleration of cosmic rays and gamma-ray emission from supernova remnant/molecular cloud associations
对超新星遗迹中的分子云进行γ射线观测被认为是解决宇宙射线起源问题的最有希望的途径之一。在这里，我们简要回顾了该领域的地位，特别强调的理论和现象学方面的问题。
2015-04-22 astro-ph.HE
Numerical simulations of diffusive shock acceleration in SNRs
提出了一种新的非线性扩散激波加速数值模型。它被用来模拟超新星遗迹中的粒子加速。该模型包含耦合的球对称流体动力学方程和高能质子、离子和电子的输运方程。正向冲击和反向冲击都包括在考虑范围内。测定了超新星遗迹释放到星际介质中的宇宙射线谱。讨论了反向冲击在产生CR离子和正电子中的作用。
2011-09-21 astro-ph.HE
Bell Instability-Mediated Diffusive Shock Acceleration at Supernova Blast Wave Shock Propagating in the ISM
本文用新型数值方法模拟星际介质中超新星爆炸波激波的 Bell 不稳定性与磁场放大，解释典型条件下宇宙线最高约30 TeV且磁场未饱和的原因。
2024-04-05 astro-ph.HE
Gamma-rays from molecular clouds illuminated by accumulated diffusive protons. II: interacting supernova remnants
最近的观测表明，在与分子云相互作用的银河系γ射线超新星遗迹中，~GeV的谱折是普遍存在的，并且大多数超新星遗迹都有一个从谱折向低能延伸的谱（$E^2dF/dE$）“平台”。在论文I（Li & Chen 2010）中，我们通过考虑在SNR扩展的整个历史中从冲击波阵面逃逸的扩散质子的积累，建立了一个累积扩散模型。在本文中，我们改进了模型，将有限体积的MCs，证明了粒子扩散参数和云大小的模型的依赖性，并将其应用到9个相互作用的SNR（W28，W 41，W 44，W 49 B，W51 C，天鹅座圈，IC 443，CTB 37 A，和G349.7+0.2）。这个改进的模型自然解释了GeV的光谱突变，特别是“平台”，连同可用的TeV数据。我们发现，扩散系数δ的指数在0.5-0.7之间，与银河系的平均值相近，而SNRs附近的宇宙射线扩散系数比银河系的平均值低两个数量级，这是SNRs附近宇宙射线扩散受到抑制的一个很好的指示。
2011-11-28 astro-ph.HE
Acceleration of cosmic rays and gamma-ray emission from supernova remnants in the Galaxy
银河系的宇宙射线被认为是在超新星遗迹冲击波中被加速的。虽然这个猜想非常流行和强大，但仍然需要一个结论性的证明。对这一观点最有力的支持可能是在伽马射线中观察到超新星遗迹的事实，这确实是被认为是在激波处加速的宇宙射线与周围气体之间强子相互作用的结果。然而，在大多数情况下，轻子过程也可以解释观测到的伽马射线发射。这意味着伽马射线的探测并不一定意味着超新星遗迹加速了宇宙射线质子。为了克服这种简并性，人们研究了单个超新星遗迹的多波长辐射（从射电到伽马射线），在少数情况下，伽马射线辐射可以归因于两种过程之一（强子或轻子）。在这里，我们采取了不同的方法，而不是一个个案的研究，我们的目标是人口的研究，我们计算的超新星遗迹，预计将被视为在TeV伽马射线以上的给定通量的假设下，这些对象确实是宇宙射线的来源。这里发现的预测与当前的观测结果吻合良好，从而为银河系宇宙射线起源的超新星遗迹范例提供了一种新的一致性检查。此外，还暗示了超新星遗迹中产生的粒子谱比E^-2陡得多。最后，我们预计H.E.S.S.在银道面的调查中，应该表现出以强子过程（即中性π衰变）为主的伽马射线发射。轻子辐射在强子辐射中占主导地位的残留物的比例取决于物理参数的假设值，可以高达大约一半。
2013-02-08 astro-ph.HE
Gamma Rays from the Tycho Supernova Remnant: Leptonic or Hadronic?
最近费米和VERITAS对原型Ia超新星遗迹（SNR）第谷的观测发现了能量E在~0.4 GeV到10 TeV之间的伽马射线。银河系宇宙射线起源理论的关键是，来自SNR的伽马射线是由加速的强子（质子和离子）还是由相对论电子产生的。在这里，我们表明，宽带辐射光谱的第谷可以解释的两区轻子模型的框架内，这是可能适用于每一个SNR。强子模型也可以拟合辐射谱。伽马射线的强子起源可以通过费米光谱测量第谷和其他SNR在能量低于~300 MeV的证实。
2011-11-17 astro-ph.HE
Time-dependent Diffusive Shock Acceleration in Slow Supernova Remnant Shocks
最近的伽马射线观测表明，与分子云相互作用的中年超新星遗迹可能是GeV和TeV辐射的来源。已经提出了一些模型来解释观测到的伽马射线发射，这些模型涉及环境介质中预先存在的宇宙射线的再加速以及超新星遗迹与分子云之间的直接相互作用。对于再加速过程，在测试粒子极限下的标准DSA理论产生的稳态粒子谱与观测结果相比过于平坦，这表明观测到的谱的高能量部分尚未达到稳态。我们推导出一个时间相关的DSA解决方案，在测试粒子的限制，涉及再加速预先存在的宇宙射线在震前介质的情况。简单的估计与我们的时间相关的DSA解决方案加上分子云相互作用模型可以再现的整体形状的光谱IC 443和W 44从GeV到TeV的能量通过纯$π^0$衰变发射。我们允许幂律动量依赖的扩散系数，发现幂律指数为0.5是有利的。
2014-12-30 astro-ph.HE
Cosmic-ray protons, nuclei, electrons, and antiparticles under a two-halo scenario of diffusive propagation
我们报告的宇宙射线的质子，原子核，反质子，电子和正电子的能量谱内的“双晕模型”的扩散输运的计算。这两个晕代表了一个简单的，物理上一致的标准扩散模型的推广，其中假设一个独特的类型的宇宙射线在整个星系晕的扩散。相反，我们相信，当宇宙射线接近银河系圆盘时，它们可能会经历较小的扩散能量依赖性。最近对宇宙射线质子、原子核、各向异性和伽马射线的观测支持了我们的设想。我们预测在高能量下非常硬的反粒子谱。特别地，在E>10 GeV时，反质子/质子比率预计会变平，而正电子分数则会随着能量的增加而增加。我们讨论了通过反物质搜索宇宙射线物理和暗物质的影响。
2015-10-19 astro-ph.HE
Gamma rays from a supernova of type Ia: SN2014J
SN 2014 J是近40年来距离地球最近的Ia型超新星。这为在许多天文波段进行前所未有的观测细节和覆盖提供了机会，这将有助于更好地了解这些超新星的未知天体物理学。这是第一次，这样的事件发生在足够近的地方，因此伽马射线也能够有助于这种调查。这一点很重要，因为超新星光的主要来源是在爆炸中产生的大约0.5 M $_\odot$的$^{56}$ Ni的放射性能量，而与这种衰变相关的伽马射线使超新星发光数月。欧空局的INTEGRAL伽马射线天文台跟踪超新星发射近5个月。测量了$^{56}$ Ni经$^{56}$ Co到$^{56}$ Fe衰变链的特征γ射线。我们将讨论这些意见，以及所测量的伽马射线线特性的影响，因为它们的演变。
2015-08-10 astro-ph.HE
The Role of Diffusive Shock Acceleration on Nonequilibrium Ionization in Supernova Remnant Shocks II: Emitted Spectra
我们提出了一个网格的非平衡电离模型的X射线光谱超新星遗迹经历有效的扩散冲击加速。计算遵循冲击波的流体动力学以及冲击波后面的等离子体的随时间变化的电离。电离状态被传递到等离子体发射率代码来计算热X射线发射，其与来自非热同步辐射的发射相结合，以产生来自宇宙射线主导的冲击的热和非热发射的自洽模型。我们展示了如何等离子体诊断，如氦离子的G '比，定义为相互组合，禁止和卫星线的总和与共振线的比率，可以随着加速效率而变化，并讨论如何热X射线发射，当随时间变化的电离不计算自洽与流体力学，可以不同于热X射线发射的模型，其中没有考虑到流体力学。最后，我们比较的热X射线发射的模型，显示中等加速（~ 35%）的热X射线发射的测试粒子模型。
2010-10-15 astro-ph.HE
Galactic Propagation of Cosmic Rays from Individual Supernova Remnants
人们普遍认为，超新星遗迹是观测到的宇宙射线通量达到膝盖的最佳候选源，即高达~PeV的能量。事实上，某些超新星遗迹的伽马射线光谱可以通过假设强子相互作用中产生的中性π介子衰变得到很好的解释。因此，拟合相应的伽马能谱使我们能够推导出局部注入银河系的源处的宇宙射线的能谱。使用这些光谱作为出发点，我们传播的宇宙射线通过银河系使用公开可用的GALPROP代码。在这里，我们将提出这些信噪比对总宇宙射线通量的贡献的第一个结果，并讨论其影响。
2015-01-26 astro-ph.HE
Gamma Rays from Cosmic Rays in Supernova Remnants
背景：宇宙射线被认为是在超新星遗迹（SNR）的冲击加速，但缺乏确凿的证据。目的：来自地面伽马射线望远镜和费米伽马射线太空望远镜上的大面积望远镜的新数据被用来验证这一假设。一个简单的伽马射线生产效率的模型进行了比较，与测量的伽马射线光度的SNR，和GeV的TeV的流量比的SNR检查与SNR年龄的相关性。研究方法：超新星爆炸被模拟为一个不断膨胀的球形物质壳，它将周围的星际介质（ISM）扫起。壳层的累积动能为非热粒子加速提供了能量，当物质从ISM中被扫出时，SNR壳层减速。这些能量中的一部分被假定转化为宇宙射线电子或质子的能量。三种不同的粒子辐射过程-核π介子生产相互作用，非热电子韧致辐射，康普顿散射-被认为是。结果：比较了这三种方法的γ射线产生效率和信噪比。我们的研究结果表明，超新星遗迹在>~10^4年时伽马射线亮度变低，这与超新星遗迹加速宇宙射线的假设是一致的，即超新星遗迹将动能耗散为非热宇宙射线的效率约为10%。弱的证据，增加GeV TeV的流量比与SNR年龄。
2013-04-08 astro-ph.HE
Diffusive or Ballistic? Distributions and Spectra of PeV Cosmic Rays around Microquasars
Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）；National Institute of Technology, Tomakomai College（国立丰桥技术大学）
研究微类星体周围PeV宇宙射线的扩散与球形传播机制，揭示其能谱特征及可能的磁場放大效应。
2026-01-21 astro-ph.HE
The Role of Diffusive Shock Acceleration on Non-Equilibrium Ionization in Supernova Remnants
我们提出的半解析计算结果显示出明确的证据，在非平衡电离背后的超新星遗迹正向冲击波进行有效的扩散冲击加速（DSA）的变化。粒子的有效加速（即，宇宙射线）降低了冲击温度并提高了冲击气体的密度，从而与测试粒子近似相比改变了等离子体的电离状态，在测试粒子近似中，宇宙射线获得的冲击能量的分数微不足道。测试粒子和有效加速情况之间的差异是实质性的，并且发生在慢和快的温度平衡速率下：在加速效率较高的情况下，特定的离子状态在较低的电子温度下更多地被填充。我们还提出的结果表明，在有效的冲击加速的情况下，更高的电离分数达到显着更接近冲击波前比在测试粒子的情况下，清楚地表明，DSA可能会提高热X射线的生产。我们把这归因于更高的postshock密度，导致更快的电子温度平衡和更高的电离率。这些空间差异应该是可解决的与当前和未来的X射线任务，并可用于诊断在宇宙射线修改冲击的加速效率估计。
2009-02-14 astro-ph.HE
Swift/BAT detection of hard X-rays from Tycho's Supernova Remnant: Evidence for Titanium-44
我们报告斯威夫特/BAT调查观测第谷的超新星遗迹，在104个月内执行的任务的发射。在低于50 keV时检测到具有高显著性（>10 sigma）的残余物。我们检测到显着的硬X射线发射在60-85千电子伏波段，以上的连续水平预测一个简单的同步加速器模型。观测到的过剩的位置与放射性钛-44的线发射一致，到目前为止只报道了II型超新星爆炸。我们讨论的背景下，银河系的超新星率，和Ia型超新星的核合成这些结果的影响。
2014-11-04 astro-ph.HE
Limits on compression of cosmic rays in supernova remnants
在与分子云相互作用的动力学古老超新星遗迹中观测到的伽马射线发射的光谱形状引发了令人兴奋的绝热压缩和银河宇宙射线（GCR）在遗迹辐射壳层中进一步再加速的情景，近年来广泛讨论并应用于各种来源。事实上，观测到的来自一些残骸的伽马射线光谱与预期的来自银河系压缩的宇宙射线的伽马射线发射光谱非常相似。在下文中，我们讨论了这种情况的可行性，并表明压缩的GCR不太可能产生足够量的伽马射线，并且观察到的光谱形状对允许的压缩因子施加了很大的限制。此外，在射电波段演化的超新星遗迹的无特征幂律谱中没有曲率，这强烈不利于电子的压缩方案，因此也不利于强子的压缩方案。我们的计算表明，压缩电子对观测到的射电通量的贡献最多可达~ 10%。
2023-02-21 astro-ph.HE
Slow Diffusion of Cosmic-Rays around a Supernova Remnant
我们研究了在超新星遗迹（SNR）加速的宇宙射线质子逃逸。我们感兴趣的是当它们离开被加速的激波邻域，但仍在信噪比附近时，它们在星际介质中的传播，它们的能量密度高于平均星际介质中的能量密度。利用蒙特卡罗模拟，我们发现，如果ISM是高度电离的，能量<~TeV的宇宙射线在SNR附近激发的阿尔芬波的SNR本身的规模。因此，即使宇宙射线可以离开激波，波的散射也会阻止它们进一步远离SNR。宇宙射线形成一个缓慢膨胀的宇宙射线泡，它们在SNR周围停留很长时间。这意味着宇宙射线实际上无法从SNR中逃逸，直到SNR演化的相当后期阶段。这与Fermi和H.E.S.S.意见。
2010-02-25 astro-ph.HE
Cosmic ray escape from supernova remnants
银河系的宇宙射线被认为是在超新星遗迹中通过扩散激波加速而被加速的。虽然这一机制对在激波处加速的粒子的光谱给出了相当可靠的预测，但最终注入星际介质的宇宙射线的光谱则更加不确定，并取决于粒子从激波逃逸过程的细节。了解这些逃逸粒子的光谱形状对于评估超新星遗迹范式对宇宙射线起源的有效性至关重要。此外，从超新星遗迹逃逸后，宇宙射线与周围的气体相互作用，在遗迹附近产生伽马射线。对这种辐射的探测可以作为超新星遗迹在过去确实加速了宇宙射线这一事实的间接证据。
2011-08-24 astro-ph.HE
Steep Cosmic Ray Spectra with Revised Diffusive Shock Acceleration
银河系宇宙射线在超新星遗迹的正激波处通过扩散激波加速（DSA）得到加速，这是一种有效的加速机制，预测了宇宙射线能量的幂律分布。然而，非热SNR发射的观测结果意味着CR能量分布通常比标准DSA预测$E^{-2}$更陡。动力学混合动力模拟的最新结果表明，这种陡峭的光谱可能会出现从漂移的磁结构相对于下游的热等离子体的冲击。使用半解析模型的非线性DSA，我们调查的影响，这些结果的现象学的范围很广的信噪比。通过考虑下游磁结构的运动，我们产生了比$E^{-2}$陡得多的CR能量分布，并且与观测结果一致。我们的形式再现了银河系超新星遗迹（$\propto E^{-2.2}$）的适度陡峭的光谱和年轻的射电超新星（$\propto E^{-3}$）非常陡峭的光谱。
2021-09-03 astro-ph.HE
The role of the diffusive protons in the gamma-ray emission of supernova remnant RX J1713.7$-$3946 --- a two-zone model
RX~J1713.7 $-$ 3946是$γ$射线亮超新星遗迹（SNRs）中的一个原型，关于它的$γ$射线发射的强子起源还是轻子起源的争论仍在继续。除了SNR内部的高能粒子发射外，我们还探讨了从SNR冲击波中逃逸的扩散相对论质子在$γ$射线发射中所起的作用。在SNR激波在团簇分子腔中传播的情况下，我们认为SNR内部的$γ$射线发射可能来自逆康普顿散射，也可能来自被捕获的高能质子与激波团簇之间的相互作用。它们之间的主要来源取决于电子与质子的数量比。在膨胀过程中从冲击波中逃逸出来的扩散质子可以通过轰击周围的致密物质来提供外部强子$γ$射线分量。宽带光谱可以很好地解释了这个两区模型，其中$γ$射线从内部发射支配TeV带，而外部发射组件基本上有助于GeV的$γ$射线。两区模型也可以解释TeV $γ$射线径向亮度分布，显着超出非热X射线发射区。在计算过程中，我们对Li & Chen（2010）的逃逸质子“累积扩散”模型提出了一种简化算法，并采用马尔可夫链蒙特卡罗方法对物理参数进行了约束。
2016-03-27 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
A Hierarchical Framework for explaining the Cosmic Ray Spectrum using Diffusive Shock Acceleration
本文提出一个分层扩散激波加速框架，用超新星遗迹、银河风终止激波和星系际吸积激波逐级加速解释从GeV到百EeV的整个宇宙线能谱，并给出关于成分和观测效应的预言。
2023-09-17 astro-ph.HE
Gamma rays from molecular clouds illuminated by cosmic rays escaping from interacting supernova remnants
最近，伽马射线望远镜AGILE和费米观测到几个中年超新星遗迹（SNRs）与分子云相互作用。它们的伽马射线很可能是由宇宙射线（CR）和核子之间的非弹性碰撞产生的中性π介子衰变产生的，这表明SNRs构成了银河系CR的大部分。在这封信中，我们提供的分析解决方案的CR的分布，已经逃离了一个有限大小的区域，这自然解释了观察到的中年SNR打破幂律谱。此外，伽玛射线谱的破裂能量的典型值，1-10 GeV，自然是从恒星风动力学显示的分子云和爆炸中心之间的分离约10 pc的事实解释。我们发现四个中年SNRs（W51 C，W28，W 44和IC 443）与分子云相互作用的逃逸CR谱可能是相同的，尽管这导致了不同的γ射线谱。这一结果与最近对银河系CR传播的研究结果一致，并支持SNR确实是银河系CR的来源。
2010-08-17 astro-ph.HE
High Energy Cosmic Rays From Supernovae
宇宙射线是带电的相对论粒子，以极高的能量到达地球，为宇宙中存在有效的加速器提供了惊人的证据。能量低于$\sim 10^{17}$ eV左右的宇宙射线被认为是在银河系中产生的，而能量高于该能量的宇宙射线则可能来自河外。早在30年代初，超新星就被认为是宇宙射线中银河系成分的可能来源。70年代以后，由于扩散激波加速理论的发展，这一想法越来越可信，它为天体物理环境中的粒子散射提供了一个强大的理论框架。后来，大多是在最近几年，已经收集了许多观察证据来支持这一框架，将一个投机的想法转化为一个真正的范式。本章将阐述这一范式的基本支柱。这包括加速机制、加速粒子对达到最高能量所需的冲击动力学产生的非线性效应、从源的逃逸过程以及宇宙射线在银河系中的传输。通过讨论几个支持超新星遗迹是有效的宇宙射线工厂这一观点的观测结果，将证实这一理论图景。
2016-11-30 astro-ph.HE
Detection of gamma rays around SNR HB9 and its implication to the diffusive shock-acceleration history
我们分析了\textit{Fermi} -LAT 12年观测中超新星遗迹（SNR）HB 9（G160.9+2.6）附近的GeV γ射线发射数据，以量化SNR中扩散激波加速度（DSA）的演变。在HB 9附近，有分子云，其位置与视线中的SNR壳层不一致。我们检测到显着的伽马射线发射1 GeV以上的空间符合两个突出的云区，以及从SNR壳的发射，后者是与以前的研究结果相一致。每个区的1~GeV以上能谱用简单的幂律函数$dN/dE \propto E^{-Γ}$拟合。拟合结果表明，与SNR壳层的$Γ$ = $2.55 \pm 0.10$相比，具有幂律指数$Γ$ = $1.84 \pm 0.18$和$1.84 \pm 0.14$的谱更硬。从云区观察到的光谱与理论上预期的伽马射线发射是一致的，这些伽马射线发射起源于从SNR HB 9逃逸的质子，在那里粒子可以被加速到比目前壳层更高的能量。所得的扩散系数在附近的SNR是可比的银河系的平均值。
2022-03-07 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
Observations of supernova remnants and molecular clouds from the mm to the gamma-ray domain: bridging low and high energy cosmic rays
新的证据表明，宇宙射线（强子成分）被超新星遗迹激波从低能量一直加速到高能量，这些证据来自最近的工作，这些工作一方面结合了亚GeV到TeV域的伽马射线观测，另一方面结合了亚mm-mm域的伽马射线观测。这些观测涉及超新星遗迹与分子云复合体相互作用的特定情况，长期以来一直被怀疑是研究原位宇宙射线加速和扩散的理想实验室。事实上，中性π介子衰变产生的伽马射线辐射增强，以及电离增强（相对于银河系的平均值至少增加了一个数量级）已经在几个大质量恒星形成的区域中观察到，这些区域中的超新星遗迹与分子云复合体相互作用。本文总结了工作中的主要物理和化学过程，以及最近的观察，进一步支持宇宙射线加速的超新星遗迹的所有方式从MeV域高达几十TeV的范式，虽然还有很多工作要做，以了解宇宙射线的渗透和扩散内部和周围的分子云，并揭示加速宇宙射线的实际频谱。
2015-10-07 astro-ph.HE
A more accurate numerical scheme for diffusive shock acceleration
本文用随机微分方程给出了计算宇宙射线扩散激波加速度的一个更精确的数值格式。该方案的准确性证明了使用一个简单的分析流量剖面，其中包含一个冲击的有限宽度和不同的扩散率的宇宙射线，其中扩散率降低整个冲击。我们比较的动量分布的斜率与那些从扰动分析有限，但小的冲击宽度有效的结果。这些计算表明，该方案，虽然计算更昂贵，提供了一个显着更好的性能比柯西-欧拉型方案，提出了较早的情况下，在宇宙射线扩散率发生陡峭的梯度。对于恒定的扩散系数，该方案给出了类似的结果，柯西-欧拉方案。
2011-03-15 astro-ph.HE
Mirror diffusion of cosmic rays in highly compressible turbulence near supernova remnants
最近的γ射线观测揭示了宇宙射线在星际介质中的不均匀扩散。这是预期的，因为CR的扩散取决于湍流的性质，而湍流的性质在多相ISM中可能变化很大。我们专注于镜像扩散所产生的高度可压缩的湍流分子云（MC）周围的超新星遗迹（SNRs），磁镜像效应的结果在显着抑制CR源附近的CR扩散。由于慢扩散，通过质子-质子相互作用的显著能量损失使低能CR谱变陡，而由于镜像扩散对CR能量的强烈依赖，使高能CR谱变陡。由此产生的CR的破幂律谱与从SNR/MC系统观察到的伽马射线谱很好地匹配，例如，IC 443和W 44。
2021-10-15 astro-ph.HE
Gamma radiation from cosmic rays escaping a young supernova remnant: The case of Cas A
利用LHAASO对Cas A周围伽马射线的观测，约束粒子逃逸过程，计算逃逸宇宙射线谱，区分瞬时最大能量与积分谱抑制能量，证实该遗迹非PeVatron。
2025-09-10 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
Reverse and Forward Shock X-ray Emission in an Evolutionary Model of Supernova Remnants undergoing Efficient Diffusive Shock Acceleration
我们提出了新的模型的前向和反向冲击热X射线发射的核心崩溃和Ia型超新星遗迹（SNRs），其中包括有效的生产宇宙射线通过非线性扩散冲击加速（DSA）。我们的CR-hydro-NEI代码考虑了非平衡电离（NEI），有效的CR生产的SNR演变的流体动力学效应，以及重离子和电子在冲击超新星（SN）喷出物和冲击拱星材料之间的碰撞温度平衡。虽然这里强调X射线发射，但我们的代码自洽地确定了从无线电到TeV能量的热和非热宽带发射。我们包括多普勒展宽的谱线的热运动的离子和剩余的膨胀。我们研究，在一般情况下，周围环境，祖模型，温度平衡，和DSA相关的过程中的热谱和非热谱的角色。对年轻SN的X射线线发射的研究是一个强有力的工具，可以确定特定SN元素的贡献，并提供关键信息，有助于了解爆炸的类型和能量、SN爆炸的环境介质的组成，以及受冲击的SN喷出物和星际介质中热等离子体的电离和动力学。随着下一代X射线卫星Astro-H即将发射，以前所未有的高分辨率观测谱线将成为现实。我们的自洽计算的X射线光谱从各种祖先将有助于解释未来的观测信噪比。
2014-07-16 astro-ph.HE
Gamma rays from reaccelerated particles at supernova remnant shocks
扩散激波加速被认为是超新星遗迹以及其他类型源中粒子碰撞的主要机制。在X射线和伽马射线中存在一些显示出双边形态的残余物，这表明该过程的发生效率取决于激波法线和激波传播的大尺度磁场之间的倾斜角。这种解释还得到最近的粒子模拟的支持，该模拟显示了如果激波比$\sim 45^{o}$更倾斜，离子是如何不被注入的。这些冲击为在同一冲击下的再加速过程提供了一个很好的测试平台：冲击波阵面到达的非热种子粒子被自动注入并加速。最近讨论了这一过程，认为这可能是次级宇宙射线核光谱某些异常行为的原因。在这里，我们讨论如何伽马射线观测选定的超新星遗迹可以为我们提供宝贵的信息，这一过程，并导致我们更好地评估粒子扩散冲击再加速宇宙射线物理学中的其他观测。
2019-07-31 astro-ph.HE
The Transition from Young to Middle-aged Supernova Remnants: Thermal and Nonthermal Aspects of SNR N132D
超新星遗迹（SNRs）是银河系宇宙射线加速器的主要候选者。它仍然是一个悬而未决的问题，当以及如何年轻的SNR，通常表现出强大的同步加速器X射线和GeV和TeV的伽马射线，经历状态过渡到中年SNR为主的热X射线和GeV的伽马射线。大麦云星云中的SNR N132 D是研究这种转变的理想目标，它表现出明亮的X射线和伽马射线，预期年龄约为2500年。我们发现，N132 D有一个温度> 5 keV的接近平衡的等离子体，或一个温度较低（约1.5 keV）的重组等离子体，重组时标（净）为8.8（7.0- 10.0千电子12厘米^-3秒）。结合在铁K线图像中观察到的中心填充形态，我们的结果表明N132 D现在正处于从年轻SNR到中年SNR的过渡阶段。我们已经限制了非热X射线的严格上限。明亮的伽马射线与微弱的非热X射线相比，表明伽马射线起源于强子。从射电到伽马射线的光谱能量分布显示质子截止能量为~30 TeV。这些事实证实了N132 D正处于从年轻到中年SNR的过渡阶段。大于10^51 erg的巨大热能和约10^50 erg的加速质子能量表明超新星爆炸可能非常活跃。
2018-03-26 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration of dust grains at supernova remnants
本研究针对银河系宇宙线中难熔元素丰度过高的问题，通过半解析方法和自相似解分析Ia型超新星遗迹处尘埃的扩散激波加速过程，发现小尘埃可被加速至相对论速度，其溅射产生的原子核能注入DSA过程，为宇宙线难熔元素超丰提供了自然解释。
2024-10-30 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
A Generalized Model of Nonlinear Diffusive Shock Acceleration Coupled to an Evolving Supernova Remnant
为了更好地模拟超新星遗迹（SNR）中宇宙射线（CR）的有效产生以及CR产生和SNR动力学之间的相关耦合，我们推广了现有的cr-hydro-NEI代码（即，Ellison等人，2012年），以包括以下过程：（1）上游前体结构的显式计算，包括位置相关流速、密度、温度和磁场强度;（2）动量和空间相关CR扩散系数;（3）磁场放大（MFA）的显式计算;（4）使用放大的磁场计算最大CR动量;（5）粒子散射中心的有限阿尔芬速度;以及（6）加速CR的超热种子群体以及环境热等离子体的能力。虽然大量的工作已经完成建模信噪比，大多数工作集中在相对论电子或离子的连续辐射，或从冲击加热等离子体的热辐射。我们的广义代码结合了这些元素，并描述了CR生产和SNR演变之间的相互作用，包括有效的扩散冲击加速（DSA）的非线性耦合，主要基于P. Blasi和同事的工作，以及热X射线线发射的非平衡电离（NEI）计算。我们相信我们的广义模型将为SNR提供一致的建模平台，包括与分子云相互作用的SNR，并改善对当前和未来观测结果的解释，包括Astro-H预期的高质量光谱。SNR RX J1713.7-3946作为示例建模。
2012-03-20 astro-ph.HE
Supernova Remnants in Gamma Rays
本文回顾了超新星遗迹在伽马射线波段的观测，探讨其作为银河宇宙射线源的证据，并展望未来研究方向。
2024-05-27 astro-ph.HE
Alfven Wave Amplification and Self-Containment of Cosmic-Rays Escaping from a Supernova Remnant
通过数值求解从激波前缘附近到远离激波前缘区域的扩散-对流方程，研究了在超新星遗迹（SNR）处加速的宇宙射线（CR）质子的逃逸。考虑了逃逸CR粒子产生的Alfven波的放大及其对CR逃逸到星际介质的影响。我们发现，波的放大显着延迟逃逸的粒子，甚至远离冲击波阵面（在SNR的规模）。这意味着通过在SNR周围的分子云处的伽马射线观测测量的CR粒子的能谱受到波的粒子散射的严重影响。
2011-05-03 astro-ph.HE
Time Evolution of Gamma Rays from Supernova Remnants
我们提出了一个系统的唯象研究的时间演化的非热辐射-从无线电波的伽马射线-通过强子和轻子机制发射的典型超新星遗迹，两类祖：热核和核心崩溃。为此，我们开发了一个数值工具，旨在模拟超新星遗迹内宇宙射线光谱的演变，并计算相关的多波长发射。我们展示了这种工具的潜力，在未来的人口研究的背景下，收集大量的高能伽马射线数据的基础上。我们讨论和探索相关的参数空间中涉及的问题，并特别关注它们对加速粒子的最大能量的影响，以研究PeVatron阶段的有效性和持续时间。我们概述了周围介质的关键作用，通过它的冲击波传播过程中的残留物的演变。特别是，我们指出的作用，在创建一个显着的硬化强子伽马射线谱的致密团块。
2017-10-13 astro-ph.HE
Origin of Galactic Cosmic Rays
在地球上观测到的大量宇宙射线（CR）的起源是一个世纪以来研究的主题，充满了成功和失败。从充满活力的角度来看，超新星遗迹（SNRs）仍然是最合理的来源CR高达刚性？10^6-10^7 GV。这种信心在某种程度上导致了一种范式的构建，即所谓的SNR范式：CR通过SNR中的扩散冲击加速而加速，并以能量依赖的方式在银河系中扩散传播。最近，伽马射线和X射线观测提供了信噪比加速情景的定性确认。通过测量次级核与初级核的流量比（如B/C），从观测上探讨了银河系中的扩散传播。然而，这个范例中也有一些弱点，这表明我们的模型中可能缺少了一些物理成分。在SNR冲击的扩散冲击加速理论预测的加速粒子的光谱系统太硬相比，从伽马射线观测推断。此外，硬注入光谱间接意味着在银河系中的扩散系数的陡峭的能量依赖性，这反过来又导致各向异性大于所观察到的。此外，最近的测量通量的核表明，光谱有一个打破刚性？200 GV，这与加速和传播的共同智慧不符。在本文中，我将回顾这些新的发展，并提出一些可能的影响。
2012-11-20 astro-ph.HE
Diffusive propagation of cosmic rays from supernova remnants in the Galaxy. I: spectrum and chemical composition
本文研究了超新星遗迹时空分布的随机性对地球观测到的宇宙射线光谱和化学成分的影响。计算了宇宙射线在银河系中传播时所经历的扩散系数D（E）的不同选择。特别地，在高能量下，我们假设D（E）\sim E^δ，其中$δ=1/3$和$δ=0.6$是参考场景。银河系中超新星遗迹的大尺度分布是按照超新星遗迹的分布来模拟的，有没有考虑到银河系的螺旋结构。我们发现，超新星的空间和时间分布引起的随机波动，加上原子核的散射效应，导致轻微但明智的违反简单的，漏盒启发的规则，即在地球上观察到的光谱是$N(E)\propto E^{-α}$与$α=γ+δ$，其中$γ$是宇宙射线注入光谱的斜率在源。原子核的散射，即使是对He来说很小的速率，也可以解释不同原子核之间光谱斜率的微小差异，这为最近的CREAM观测提供了一个可能的解释。对于$δ=1/3$，我们发现在能量大于1TeV时，质子谱和氦谱的斜率分别为$\sim 2.67$和$\sim 2.6$（与$2.66\pm 0.02$和$2.58\pm 0.02$的测量值比较）。对于$δ=0.6$，没有观察到He谱的硬化。我们还评论的宇宙射线从超新星遗迹逃逸的时间依赖性的影响，和一个可能的集群的来源在超级气泡。在第二篇论文中，我们将讨论这些不同的情况对宇宙射线各向异性的影响。
2011-12-29 astro-ph.HE
Time dependent diffusive shock acceleration and its application to middle aged supernova remnants
最近的γ射线观测表明，与分子云（MC）相互作用的中年超新星遗迹（SNRs）可以是GeV和TeV辐射源。基于MC协会，已经提出了两种方案来解释观测到的伽马射线发射。在一个，高能宇宙射线（CR）粒子从SNR逃逸，然后照亮附近的MC，产生伽马射线发射，而另一个涉及SNR和MC之间的直接相互作用。在直接相互作用的情况下，再加速的预先存在的CR在周围介质中的调查，而粒子注入从热池被忽略的冲击速度慢，在中年SNRs。然而，标准的扩散冲击加速（DSA）理论产生的稳态粒子谱与观测结果相比过于平坦，这表明观测到的谱的高能量部分尚未达到稳态。我们推导出一个时间相关的DSA解决方案中的测试粒子限制预先存在的CRs的情况下，重新加速，并表明它是能够再现所观察到的伽马射线发射的SNR，如IC 443和W 44，在MC相互作用模型的上下文中。我们还提供了一个简单的物理图片来理解的时间依赖DSA频谱。通过拟合γ能谱可以估计SNR附近的空间平均扩散系数。IC 443和W 44等中年SNR的空间平均扩散系数估计为~ 10^25 cm ^2/s（~ 1GeV），介于玻姆极限和星际值之间。
2016-09-12 astro-ph.HE
Study of Flat Spectrum Radio Quasars and BL Lacertae Objects as Sources of Diffusive Ultra High-Energy Cosmic Rays
Indian Institute of Technology, Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Dibrugarh University（迪布鲁加尔大学）
本文研究了平坦谱射电耀变源（FSRQs）和BL Lac天体是否可能作为弥散极高能宇宙射线（UHECRs）的天体来源，通过计算宇宙射线源人口的红移演化，并结合宇宙射线在 extragalactic 空间中的传播模型，与 Pierre Auger 观测数据进行比较，发现 FSRQ 情况因各向异性及源密度不一致而不被青睐，而 BL Lacs 与观测一致。
2026-04-27 astro-ph.HE
Grammage of cosmic rays in the proximity of supernova remnants embedded in a partially ionized medium
我们研究了在超新星遗迹附近宇宙线逃逸和传播的背景下，宇宙线共振流不稳定性产生的Alfvén波的阻尼。我们考虑了星际介质的暖电离相和暖中性相中的离子中性阻尼、湍流阻尼和非线性朗道阻尼。对于离子中性阻尼，使用最新的阻尼系数。我们特别调查是否自约束的宇宙射线附近的来源可以明显影响克重。我们发现，离子中性阻尼和湍流阻尼有效地限制了宇宙射线在源附近的停留时间，从而发现源附近累积的克重可以忽略不计。与以前的结果相反，这也发生在离子中性阻尼不太有效的最极端的情况下，即在只有中性氦和完全电离的氢的介质中。因此，标准的图像，即CR秒是在宇宙射线穿过银河系圆盘的整个时间内产生的，不需要深入地重新审视。
2021-06-09 astro-ph.HE
The origin of cosmic rays: Explosions of massive stars with magnetic winds and their supernova mechanism
在沃尔夫-拉叶星和红超巨星爆炸的磁风中，超新星遗迹中粒子加速的一个预测是，最终的光谱是由光谱$E^{-7/3}$和源处的极冠成分$E^{-2}$组成的。这种极帽成分对总能量含量的贡献仅为百分之几，但在较高能量处占主导地位。两个分量之和给出向上弯曲的光谱。据预测，上升总是发生在相同的刚度。超新星爆炸进入星际介质（ISM）加速产生的宇宙射线的另一个组成部分为氢和氦增加了另一个组成部分。在输运之后，风-SN宇宙射线的预测谱$J(E)$为$E^{-8/3}$和$E^{-7/3}$ ;其和导致从较陡的谱向上翻转。现在已经看到了好转。在这里，我们测试的观测值对预测，并表明所观察到的属性与预测是一致的。氢也可以被证明具有明显的风SN分量。在重元素光谱中观察到的上升趋势与所有重元素的相同刚性相一致，这支持了这些超新星的磁旋转机制。这种解释预测了观察到的上升继续向上弯曲并接近$E^{-7/3}$谱。如果得到证实，这将加强这种情况，即具有磁风的超大质量恒星的超新星是银河系宇宙射线的重要来源。
2010-09-28 astro-ph.HE
Gamma rays from molecular clouds illuminated by accumulated diffusive protons from supernova remnant W28
W28是与分子云相互作用的超新星遗迹原型之一。H.E.S.S.观测发现了四个TeV源，它们与W28周围的分子云（MC）相吻合，但费米LAT没有检测到其中两个的GeV对应物。本文建立了一个累积扩散模型，认为高能质子碰撞附近的MC是在SNR膨胀过程中从激波阵面逃逸的扩散质子的累积。我们拟合了四个源的γ能谱，自然地解释了东北源（源N）的GeV能谱突变和南部源A和C的GeV不显著的发射。发现A源和C源到信噪比中心的距离远大于N源和B源，这可能是前两个源产生微弱GeV γ射线的根本原因。
2010-09-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Broad-band nonthermal emission from molecular clouds illuminated by cosmic rays from nearby supernova remnants
由于宇宙射线在稠密的磁化气体中的相互作用，分子云预计会发出非热辐射。如果云靠近宇宙射线加速器，并且高能粒子可以离开加速器并扩散到达云，则这种发射会被放大。我们在这里考虑的情况下，一个分子云位于附近的超新星遗迹，有效地加速宇宙射线，并逐渐释放他们在星际介质。我们计算的多波长光谱，从无线电到伽马射线是新兴的云作为宇宙射线相互作用的结果。总能量输出由伽马射线发射主导，其可以超过其他波段的发射一个数量级或更多。这表明，迄今为止探测到的一些未识别的TeV源，在其他波长上没有明显或非常弱的对应物，实际上可能与来自附近源的宇宙射线照射的云有关。此外，在某些条件下，伽马射线谱呈现出凹形，在低能量下陡峭，在高能量下坚硬。这一事实可能对GeV和TeV γ射线源光谱兼容性的研究具有重要意义。
2009-01-28 astro-ph.HE
Penetration of cosmic rays into dense molecular clouds: role of diffuse envelope
宇宙射线（CR）通量通过扩散电离气体传播可以激发MHD波，从而产生磁扰动。我们提出了一个通用的模型CR渗透到分子云通过其扩散信封，并确定领先的物理过程控制其运输的方式从一个高度电离的星际介质的云的致密内部。该模型使我们能够描述一个自由流动的CR和它们的扩散传播之间的过渡，由散射的自生扰动。一组自洽的方程，控制在一个信封和调制CR通量产生的MHD湍流的扩散输运制度，基本上是由两个无量纲的数字。我们证明了一个显着的相互补充的不同机制，导致发病的扩散制度，这导致在一个普遍的能量谱的调制CR。最后，我们简要地讨论了我们的结果的几个基本的天体物理问题，如空间分布的CRs在银河系以及电离，加热和化学致密的分子云的影响。
2018-02-07 astro-ph.HE
An extended source of GeV gamma rays coincident with the supernova remnant HB 21
我们分析了3.5年的公开费米/LAT数据周围的超新星遗迹HB 21，其中四个点状源从第二费米/LAT目录的位置。我们确定γ射线源是由单个扩展源产生的。我们将观察到的形态建模为均匀的圆。光谱能量分布最好用曲线幂律来描述，最大值在413+-11 MeV。我们将圆分为三个区域，由先前确定的冲击分子云定义，并发现其中一个区域具有较软的光谱。软谱区的>3 GeV伽马射线辐射呈弓形，与射电波段的超新星遗迹壳层一致。我们认为HB 21的伽马射线发射可以理解为冲击/照明分子云的发射组合，其中一个与超新星遗迹壳本身重合。
2012-09-28 astro-ph.HE
Spectrum and composition of galactic cosmic rays accelerated in supernova remnants
考虑到不同类型超新星遗迹演化过程中的磁场放大和Alfvenic漂移，计算了超新星遗迹激波加速的高能质子和核的能谱。得到了宇宙射线在银河系中传播后的总能谱和元素组成。
2009-12-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
