Cosmic Rays, Gamma-Rays, and Neutrinos in the Starburst Nuclei of Arp 220
Arp 220是最近的超亮红外星暴星系，其核心为研究极端条件下宇宙射线的相互作用提供了机会。在本文中，我们模拟的宇宙射线的人口产生的超新星在中央分子区的两个星暴核。我们发现，约65 - 100%的宇宙射线被吸收在这些地区，由于其巨大的分子气体含量，因此，Arp 220的核几乎完成质子量能器。当宇宙射线质子与星际介质碰撞时，它们会产生次级电子，这些电子也包含在系统中，并辐射出同步辐射。利用模型和观测到的射电谱能量分布之间的卡方检验结果，我们预测了出射γ射线和高能中微子谱，并发现磁场在毫高斯水平。由于极强的远红外辐射场，伽马射线谱在TeV能量处由于伽马-伽马吸收而显著变陡。
2015-07-27 astro-ph.HE
Gamma-rays from pulsar wind nebulae in starburst galaxies
最近，已经从星爆星系NGC253探测到TeV能量的伽马射线发射（Acero等人，2009）和M82（Acciari等人，2009.有人声称，观测到的伽马射线是由超新星遗迹中加速的宇宙射线与星际气体相互作用产生的。在这里，我们表明，伽玛射线脉冲星风星云留下的超新星有助于TeV的光度在一个主要的方式。一个脉冲星风星云在10^5年的寿命中，在能量超过1 TeV时，产生的总光度约为太阳的10倍。在一个典型的星暴星系中，在4百万秒差距的距离上，大量的3 × 10^4脉冲星风星云很容易产生观测到的TeV伽马射线。
2012-03-13 astro-ph.HE
Gamma Rays from Large-Scale Outflows in Starburst Galaxies
超新星爆炸和恒星风的综合效应在星暴星系的中心区域产生了一个热泡。当气泡膨胀时，它可以爆发成星系晕，驱动一股超级风，将热气体和场输送到星系际空间。我们目前的宇宙射线产生和伽马射线发射的估计，在这两个大规模的风和弓冲击周围的嵌入云。
2019-12-17 astro-ph.HE
Are starburst galaxies a common source of high energy neutrinos and cosmic rays?
最近对皮埃尔·俄歇天文台观测到的宇宙线空气簇射的分析表明，附近的星暴星系（SBG）可能是能量E > 39 EeV的超高能宇宙线通量的约10%的原因。由于高能中微子是宇宙射线相互作用的直接产物，我们研究了SBG作为在冰立方观测到的~ 10^-2 - 1 PeV中微子的可能来源。进行统计分析，以建立观测到的中微子和一组45附近的无线电和红外明亮的SBG之间的位置相关性的程度。我们的结果是一致的，没有因果关系。然而，不排除探测器中约10%的高能起始事件（HESE）来自候选SBG的情况。对于不同的数据子集，以及由皮埃尔俄歇天文台分析激发的两个不同的SBG子集，得出了相同的结论。
2019-11-03 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic rays, neutrinos and GeV-TeV gamma rays from Starburst Galaxy NGC 4945
高能天体物理中微子和超高能宇宙射线（UHECR）的探测为探索宇宙射线源提供了新的途径。冰立方探测到的最高能量中微子事件之一，被标记为IC35，接近皮埃尔俄歇天文台探测到的UHECR各向异性区域。附近的星暴星系（SBG）NGC 4945接近这个各向异性区域，并且在IC 35事件的平均角误差范围内。考虑到位于NGC 4945星暴星系SB区的超新星贡献，它可以将质子加速到$\sim 10^{17} \, {\rm eV}$并将它们注入星际介质，我们研究了该星暴星系周围这一事件的起源。我们表明，如果SB区域的磁场强度为$\sim \rm mG$量级，则这些质子与SB区域气体密度的相互作用可以解释费米LAT伽马射线和射电观测。如果考虑质子光谱指数为2.4（2.7），我们估计十年内该源的PeV中微子事件约为0.01（$4\times10^{-4}$），这将表明IC 35不在该SBG的中心区域产生。此外，我们考虑了NGC 4945的超风区域，并表明质子在其中几乎不能被加速到UHEs。
2021-09-14 astro-ph.HE
Gamma-rays from Pulsar Wind Nebulae in Starburst galaxies (HEAD 2010)
最近，附近的两个突出的星暴星系，M82和NGC253，已经被TeV能量的伽马射线望远镜探测到为点状源[1] [2]。有人声称，这些探测表明，星暴星系中的宇宙射线强度比银河系高出三个数量级，假设观测到的伽马射线是由于宇宙射线与周围气体相互作用产生的π介子。观测到的光谱比银河系中的宇宙射线光谱要平坦，这可能是由于星暴星系中的气体密度要高得多[3]。这种解释似乎与宇宙射线起源的金兹伯格模型一致，根据金兹伯格模型，宇宙射线在超新星遗迹的壳层中被加速。作为一个直接的推论，宇宙射线驱动的伽马射线光度应该与气体密度和超新星速率成比例。在较低的能量下，费米LAT仪器的伽马射线测量可以为这种缩放提供支持[4]。然而，对于在非常高的能量下观测结果的解释存在着令人不安的疑问。在观测星系的距离上，对于0.1度量级的角分辨率，点状源不能与漫射发射区分开来。因此，关于未分辨的点状源对伽马射线光度的贡献的问题出现了。
2010-10-12 astro-ph.HE
From 10 Kelvin to 10 TeraKelvin: Insights on the Interaction Between Cosmic Rays and Gas in Starbursts
最近的工作既照亮了我们试图了解星爆星系中的宇宙射线（CR），也使我们感到困惑。我讨论了我的新研究，探索如何CRs互动与ISM在星爆。分子云为CR质子提供了产生π伽马射线和电离的目标，但这些相同的损失可能会屏蔽云的内部。在致密的分子云中，伽马射线和Al-26衰变可以提供电离，其速率高达银河系分子云中的速率。然后，我认为自由自由吸收的低频率无线电辐射从星爆，我认为这是从许多小的，离散的H II区域，而不是从一个“均匀板”的电离气体，而同步辐射出现在它们之外。最后，注意到热的超风气相填充了大部分的恒星爆发，我认为它具有由超新星提供动力的顺磁驱动的磁场，并且这个阶段是大多数同步辐射产生的地方。我展示了如何这样的情况下可以解释远红外无线电相关性，在我以前的工作的背景下。一个大问题是，无线电和伽马射线观测意味着CR也必须与致密气体相互作用。要理解这种情况是如何发生的，需要对湍流和CR传播有更深入的了解。
2013-08-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Echoes of the past: ultra-high energy cosmic rays accelerated by radio galaxies, scattered by starburst galaxies
我们探讨了望远镜阵列（TA）从M82和M81星系群附近方向探测到的高能宇宙射线（UHECR）热点可能是半人马座A在更早更强阶段发射的UHECR回波的可能性。来自其他星暴星系或星系群的回波可能对地球的UHECR通量有贡献。我们使用一个说明性的Monte Carlo模型的单能量UHECR运输小角散射生成合成的天空地图。该模型通知整体能量学和时间和距离尺度的讨论。如果半人马座A在2000万年前的UHECR光度是现在的200倍，如果M82和其他星暴星系的环星系介质中的有序磁场超过10- 20 nG到400- 800 kpc的距离，我们找到了一个可行的UHECR热点的回波模型。
2022-01-06 astro-ph.HE
γ-rays from starburst galaxies
本文综述了星暴星系γ射线观测的现状，包括星载观测和地基成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）观测，观测能量从几百MeV到TeV。讨论了典型星暴星系M82和NGC 253的高能（HE; 100 MeV < E < 100 GeV）和甚高能（VHE; E > 100 GeV）辐射的性质，并将其与其他显示出增强的恒星形成活动的星系如NGC 4945和NGC 1068的HE γ射线辐射联系起来。最后，展望了利用切连科夫望远镜阵列（CTA）研究从银河系到整个星系的恒星形成- γ射线发射关系的前景。
2012-10-25 astro-ph.HE
Particle acceleration and multimessenger emission from starburst-driven galactic winds
增强的恒星形成活动，典型的星暴星系，强大的星系风，以千秒差距（kpc）的尺度扩张，并以气泡结构为特征。在这里，我们讨论的可能性，粒子加速可能发生在终端冲击的风。我们计算加速粒子的光谱和它们的最大能量，对于参数的典型值，其范围高达几百拍电子伏（PeV）。在终止激波处加速的宇宙射线被平流输送到被风挖出的气泡边缘，最终逃逸到河外空间。我们还计算了气泡中强子相互作用产生的γ射线和中微子的通量以及宇宙尺度上星暴星系贡献叠加产生的漫射通量。最后，我们计算了星暴气泡的宇宙射线散射通量，并与已有的数据进行了比较。
2022-02-13 astro-ph.HE
Starburst and post-starburst high-redshift protogalaxies: The feedback impact of high energy cosmic rays
在许多星暴和星暴后的星系中发现了恒星形成的淬灭现象，这表明在原始宇宙中存在类似于爆发的恒星形成历史（SFH）。我们已经研究了高能宇宙射线（CR）在这种环境中的作用，特别是它们如何通过淬火和反馈来促成这种爆发式SFH。这些高能粒子通过强子过程与宿主的重子和辐射场相互作用产生次级轻子。次级粒子然后也与环境辐射场相互作用以通过逆康普顿散射产生X射线。此外，它们可以通过库仑过程直接与半电离介质热化。在一个恒星形成星系中，每十年发生一次核心坍缩SN事件，通过库仑过程可以获得$\sim 10^{-25} \; \text{erg}~\text{cm}^{-3}~\text{s}^{-1}$的加热速率，这足以导致恒星形成的淬灭。在高红移时，大量的CR次级电子能量可以转移到逆康普顿X射线发射中。这产生了一个X射线光度高于$10^{41}~\text{erg}~\text{s}^{-1}$的红移$z=7$，这驱动了进一步的加热效应，在更大的尺度上运行。这将能够阻止流入的冷气丝，扼杀随后的恒星形成。我们在$7\lesssim z \lesssim 9$选择了16个星暴和星暴后星系的样本，并确定它们可能维持的恒星形成率。我们应用CR注入，传播和加热的模型来计算这16个源的能量沉积率。我们的计算表明，CR反馈不能被忽略，因为它具有抑制这些系统中的恒星形成的力量。我们还表明，他们目前观察到的静止是一致的窒息…
2019-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic rays escaping from Galactic starburst-driven superbubbles
我们计算了逃逸的宇宙射线（CR）的光谱加速冲击产生的多个超新星产生连续的能量外流在恒星形成的星系提供动力的膨胀银河超级气泡。我们解决了广义Kompaneets方程适用于各种外部密度分布，包括指数和幂律形状的膨胀，并考虑到逃逸的CR由其最大能量周围的那些占主导地位。我们发现，逃逸的CR谱在很大程度上取决于特定的密度分布和电源的属性，和结果进行了比较，并由所观察到的CR谱的约束。作为一个通用的演示，我们应用该计划的一个超级气泡发生在银河系的中心，并发现在特定的参数设置下，在我们的模型中产生的CR可以解释所观察到的CR流量和光谱周围的第二个膝盖在$10^{17}$ eV。
2020-01-03 astro-ph.HE
Cosmic Rays VI - Starburst galaxies at multiwavelengths
我们提出了一个解释的远红外/无线电相关的星系的星际介质的能量平衡，并确定从星暴星系的高能光子和中微子的流量。我们提出了一个目录的127个最明亮的星暴星系的红移z<0.03。为了研究无线电和远红外辐射之间的相关性，我们采用漏盒近似。此外，我们从超新星遗迹（SNRs）中的质子-质子相互作用得到光子和中微子光谱。在这里，我们假设SNR的能量的一小部分被转移到宇宙射线的加速。我们还调查了从附近的星暴星系检测伽马射线暴的可能性，使用这里定义的目录。我们表明，无线电发射是只有微弱的依赖于磁场。事实证明，无线电信号的强度与超新星爆炸的数量成正比，而超新星爆炸的数量与远红外线的光度成正比。此外，我们发现，在恒星爆发的信噪比质子-质子相互作用的高能光子可以弥补百分之几的弥漫伽马射线背景。来自相同来源的中微子通量的最大能量为~ 1 e5 GeV。另一方面，如果伽马射线暴发生在附近的恒星暴中，中微子就可以被观测到。预计整个目录中每年约有0.03个伽玛暴发生。真实的数字预计会更高，因为我们只包括最亮的光源。IceCube中每个突发的事件数量在大约一个事件和超过1000个事件之间变化。这为冰立方探测重大事件提供了良好的前景，因为伽玛射线暴搜索的背景接近于零。
2009-01-13 astro-ph.HE
Starburst Nuclei as Light Dark Matter Laboratories
本文指出星暴星系中宇宙射线与亚GeV暗物质散射会扭曲能谱，利用现有伽马射线数据限制质子-暗物质散射截面，并预测未来CTA观测可将限制提升两个数量级。
2023-09-15 astro-ph.HE hep-ph
Starburst galaxies strike back: a multi-messenger analysis with Fermi-LAT and IceCube data
星暴星系被称为高能宇宙射线的“储存库”，可以代表一个重要的高能中微子“工厂”，对冰立方观测到的扩散中微子通量有贡献。在本文中，我们重新审视影响中微子和伽马射线强子核发射这类天体的约束。特别是，我们超越了标准的原型为基础的方法，导致一个简单的幂律中微子通量，并调查一个更现实的模型的基础上，数据驱动的光谱指数的混合，从而捕捉到的变化，个别发射器的属性。然后，我们进行了多信使分析，考虑到由费米LAT测量的河外伽马射线背景（EGB）和不同的IceCube数据样本：7.5年的高能启动事件（HESE）和6年的高能级联数据。除了星暴星系，我们还考虑了耀变体和射电星系以及电磁级联产生的次级伽马射线的贡献。值得注意的是，我们发现，不同的高度约束的原型方案，光谱指数混合允许星暴星系占高达$40\%$的HESE事件在$95.4\%$ CL，同时满足限制的非耀变体EGB组件。此外，在我们的方案中，由星暴内部超新星遗迹加速的宇宙射线的最大能量的$\mathcal{O}(100~\mathrm{PeV})$值是不利的。从广义上讲，我们的分析指出，更好地模拟天体物理源可以缓解中微子和伽马射线数据解释之间的紧张关系。
2021-03-31 astro-ph.HE hep-ph
Sturm und Drang: Supernova-Driven Turbulence, Magnetic Fields, and Cosmic Rays in the Chaotic Starburst Interstellar Medium
致密星暴区频繁的超新星爆发是这些区域星际介质（ISM）的主要形成者。在大多数的恒星爆发中，超新星遗迹爆炸打开了一个充满区域的热相，并发射了超级风。密度更大的恒星爆发压力过大，无法形成热风，但超新星仍然搅动着ISM。我认为，超新星的权力无处不在的动荡，通过每一个星暴ISM阶段，包括热风，和波动发电机放大磁场，直到他们在均分与动荡。超新星可以驱动湍流，在热风中的速度约为1000 km/s，在冷分子气体中的速度约为20 km/s，这取决于外部尺度。我预测银河系中心星暴的磁场强度为70 μ G，M82和NGC 253为300 μ G，Arp 220的原子核为2 mG。平均磁场强度在分子气体中比在热风中强几倍，但在星暴中并不随密度而强烈变化。我解释了超新星驱动的湍流的主导地位，导致近星爆ISM组件之间的均分。我也认为宇宙射线（CR）扩散的恒星爆发的影响。大量的能量级联到小尺度上可以非常有效地限制CR在星爆中，以至于CR的传输主要是由气体流动而不是通过气体扩散。此外，我还讨论了湍流对X射线线宽，远红外无线电相关性，观测到的无线电偏振，法拉第旋转措施的影响。最后，我讨论了许多问题提出的物理学湍流在星爆。
2013-08-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Evidence for UHECR origin in starburst galaxies
对超高能宇宙射线（UHECR）起源的探索仍然是高能天体物理学的一个意义深远的支柱。源检查主要基于三个可观测量：能谱、核成分和到达方向的分布。我们表明，这三个观测值可以很好地再现与起源于星爆星系的UHECR。
2019-08-19 astro-ph.HE hep-ph
A multifrequency view of starburst galaxies
在过去的几年中，费米伽马射线太空望远镜（GeV范围）和成像空气切伦科夫望远镜（TeV范围）可以首次观测到能量>GeV的星暴星系。最近的两个星暴，M82和NGC 253被发现，最近，两个星暴-塞弗特复合物（NGC 1068和NGC 4945）的检测报告。这两次恒星爆发的辐射最好用强子相互作用来解释，从而为研究星系中宇宙射线的作用提供了第一个独特的机会。本文通过讨论从射电辐射到TeV能量的整个非热频率范围，评述了宇宙射线在星系非热成分中的作用。特别是，无线电发射所产生的电子同步辐射的解释被预测为相关的TeV发射来自加速强子的相互作用。这是观察到的少数对象已知的TeV能量，但相关性需要建立显着更高的统计。展望了用分子离子示踪宇宙射线的可能性。
2011-07-21 astro-ph.HE
The diffuse gamma-ray flux associated with sub-PeV/PeV neutrinos from starburst galaxies
冰立方最近报道的一个关于亚PeV/PeV中微子过剩的有吸引力的假设是，它们是由星暴星系中的宇宙射线与致密的星际介质碰撞产生的。这些质子-质子（$pp$）碰撞也产生高能伽马射线，其最终贡献于扩散的高能伽马射线背景。我们用半解析方法计算了弥散γ射线通量，认为极高能量的γ射线在星暴区的强磁场中被星系吸收并转化为电子位置对，然后通过同步辐射几乎损失了所有的能量。由于同步辐射的能量低于GeV，这种同步辐射的损失使扩散的高能伽马射线通量减少了大约两倍，从而为其他来源提供了更多的空间来贡献伽马射线背景。对于一个$E_ν^{-2}$中微子谱，我们发现，在100 GeV的范围内，漫射伽马射线通量约占所观察到的漫射伽马射线背景的20%。然而，对于一个陡峭的中微子光谱，这种同步辐射损失效应是不太重要的，因为吸收的伽马射线的能量分数变得更低。
2014-08-05 astro-ph.HE
Testing hadronic and photo-hadronic interactions as responsible for UHECR and neutrino fluxes from Starburst Galaxies
本文首次在 SimProp 中实现源环境强子过程，检验星暴星系作为超高能宇宙线与高能中微子来源的假设，发现高气体密度下散裂反应对中微子产出的贡献可超过光强子相互作用。
2022-09-18 astro-ph.HE
Gamma-Ray Dominated Regions: Extending the Reach of Cosmic Ray Ionization in Starburst Environments
宇宙射线作为星暴星系中的电离源是很有吸引力的，因为它们可以穿透巨大的柱状物，但是在星暴的致密区域，它们可能会被π介子的产生和电离能的损失所阻止。我认为，伽玛射线是在最深的密集的恒星爆发的分子云电离的来源，创造伽玛射线主导区（GRDRs）。伽马射线不会被磁场偏转，其亮度约为注入的宇宙射线的1/3，并且在被伽马-Z对的产生衰减之前，可以很容易地穿透约100 g/cm ^2的柱深度。GRDR的电离率<~10^-16 s^-1，比宇宙射线主导的区域小得多，但在最极端的星爆中，它们的电离率仍可能达到与银河系分子云相当的数值。GRDR中的气体温度也可能很低，如果没有来自尘埃或湍流的额外加热，则<~10 K，而在高密度下，动力学温度将接近尘埃温度。在密集的恒星爆发中，GRDRs内部的双极扩散时间与自由落体时间的比率预计与银河系核心的相似，这表明恒星形成可以在其中正常进行。GRDR的高柱甚至对毫米波长也是不透明的，这使得对它们的直接研究变得复杂，但我认为它们可以在ALMA附近的恒星爆发中表现为分子线阴影。由于GRDR是冷的，它们的金斯质量并不大，因此GRDR中的恒星形成可能有一个正常的甚至底部重的初始质量函数。
2012-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic ray transport and radiative processes in nuclei of starburst galaxies
星暴星系的高恒星形成率和超新星爆炸使它们成为有趣的高能辐射源。根据它们的星际介质中存在的湍流水平，星暴星系内部产生的大部分宇宙射线在逃逸之前可能会失去大部分能量，从而使这些源表现得像量热计，至少达到某个最大能量。与以前的研究相反，在这里，我们详细调查的条件下，宇宙射线约束可能是有效的电子和原子核，我们研究的宇宙射线约束的影响，从星暴核的多频发射和生产的高能中微子。一般的预测，然后专门为三个情况下，即M82，NGC 253和Arp 220的活动的恒星爆发。考虑了星暴星系内部的初级电子和次级电子，以及由伽马射线吸收产生的电子-正电子对。强子相互作用的次级产物产生的电子和正电子被认为是负责大部分的轻子源的发射。特别是，非常高的能量次级电子的同步辐射产生的硬X射线的扩展发射，代表了一个非常有趣的签名强子过程中的星暴星系，可能访问当前和未来的观测在X射线波段。仔细了解的生产和吸收的伽马射线在星爆星系的作用，这些天体物理源的高能量天体物理中微子的来源的评估是有用的。
2019-04-26 astro-ph.HE
Observable Signatures of Cosmic Rays Transport in Starburst Galaxies on Gamma-ray and Neutrino Observations
星暴和恒星形成星系团（SBG和SFG）的γ射线辐射强烈地表明了恒星形成活动和γ射线光度之间的相关性。然而，宇宙射线（CR）运输的性质和它们在SBG核心内的限制程度仍然是悬而未决的问题。我们的目标是探索留下的印记CR运输的γ射线和中微子观测点状SFG和SBG，寻找定量的方法来区分不同的运输模型。此外，报告的情况下，我们定量评估的SBG和SFG的河外伽玛射线背景（EGB数据）和冰立方扩散观测（HESE数据）的贡献。我们分析了13个邻近星系的10年费米-LAT光谱能量分布与两种不同的CR传输模型，考虑到相应的红外和紫外观测。我们生成模拟伽马射线数据来模拟CTA在检测这些源时的性能。在这种方式中，我们提出了一个测试来区分两个CR模型，量化的统计置信度，其中一个模型可以优于其他。我们指出，目前的数据已经给出了轻微的偏好CR模型，在其核心的平流为主。此外，我们表明，CTA将使我们能够坚定地不赞成模型为主的扩散自诱导湍流，对流为主的模型相比，贝叶斯因子可以大到$10^7$的一些SBG。最后，我们估计了SFG和SBG的漫射γ射线和中微子通量，表明它们可以解释漫射HESE数据的$25\%$，同时与非耀变体源的γ射线限制保持一致。
2022-03-07 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Rays and Magnetic Fields in the Core and Halo of the Starburst M82: Implications for Galactic Wind Physics
宇宙射线（CR）和磁场在驱动快速恒星形成星系的大规模星系外流方面可能具有重要的动力学意义。我们使用CR传播程序GALPROP构造了局域星暴和超风星系M82的二维轴对称模型。使用规定的气体密度和磁场分布，风廓线，CR注入率，和恒星辐射场，我们同时适合集成的伽马射线发射和空间分辨的多频无线电发射沿M82的短轴延伸。我们探讨由此产生的气体密度，磁场强度，CR能量密度，和假设的CR平流剖面上的约束。与早期的单区研究一致，我们一般发现低中心CR压力，强次级电子/正电子生产，以及相对论性韧致辐射损失在形成同步辐射光谱中的重要作用。我们发现，相对较低的中央CR密度产生的CR压力梯度是弱的重力相比，强烈限制的作用，CRs在驱动M82的快速和质量加载的星系外流。我们的模型需要强磁场和平流速度的顺序~1000公里/秒的千秒差距尺度沿短轴，以再现扩展的无线电发射。退化之间的控制物理参数的模型和警告，这些研究结果进行了讨论。
2019-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Active Galactic Nuclei, Neutrinos, and Interacting Cosmic Rays in NGC 253 & NGC 1068
星系M82、NGC 253、NGC 1068和NGC 4945已经被费米探测到伽马射线。在此之前，我们开发并测试了星暴星系M82中宇宙射线相互作用的模型。现在，我们的目标是探索星暴和活动星系核（AGN）环境之间的差异，通过应用我们的自洽模型的星暴星系NGC 253和塞弗特星系NGC 1068。假设超新星遗迹对宇宙射线的加速效率为常数，并考虑Milky-Way参数，计算了宇宙射线质子、初级电子和次级电子/正电子的布居，预测了射电和γ射线谱，并与已发表的测量结果进行了比较。我们发现，我们的模型很容易拟合观测到的伽马射线谱的NGC 253，同时限制宇宙线源的光谱指数和加速效率。然而，我们遇到了困难的建模观测到的无线电数据和约束的银河风的速度和磁场强度，除非气体质量小于目前的首选值。此外，我们的星暴模型一直低估了观测到的伽马射线通量，高估了NGC 1068的射电通量;如果活动星系核是伽马射线的主要来源，这些问题将得到解决。我们讨论了这些结果的影响，并为这两个星系的中微子通量的预测。
2013-11-21 astro-ph.HE
Star-forming galaxies as the origin of diffuse high-energy backgrounds: Gamma-ray and neutrino connections, and implications for starburst history
据预测，恒星形成星系对弥漫的伽马射线背景有相当大的贡献，因为它们是宇宙射线的保证储存库。假设产生高能γ射线的强子相互作用也产生高能中微子，并且O（100）PeV的宇宙射线可以产生并被限制在星暴星系中，我们讨论了恒星形成星系也是冰立方实验所观测到的高能中微子的主要来源的可能性。首先，我们计算弥漫的伽玛射线背景恒星形成的星系，采用最新的Herschel PEP/HerMES光度函数和依赖于费米观测报告的伽玛射线和红外光度之间的相关性。然后，我们推导出了恒星形成星系（包括正常星系和星暴星系）中弥散高能中微子的预期强度。我们的研究结果表明，星暴，包括那些与活动星系核和星系合并，可能是冰立方实验所观察到的高能中微子的主要来源。我们发现，假设宇宙射线光谱指数为2.1-2.2的所有星暴状星系，我们的预测可以与费米和冰立方数据一致，但较大的指数很容易无法解释所观察到的扩散中微子通量。以星暴高能谱指数为自由参数，从GeV能量外推到PeV能量，我们发现比E^（-2.15）更硬的谱可能被IceCube数据排除，这可能比费米数据对这个群体的约束更大。
2014-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic rays from the nearby starburst galaxy NGC 253: the effect of a low luminosity active galactic nucleus
NGC 253是一个邻近的星暴星系，位于玉夫座星系群中，距离3.5 Mpc，一些作者认为它是宇宙射线加速到超高能量的潜在地点。它的核心区域被气体和尘埃严重遮蔽，这使得我们无法确定该星系是否拥有一个与星暴共存的超大质量黑洞。在文献中已经提出了一些来源作为活性核的候选者。在这项工作中，我们的目标是确定的影响，一个超大质量黑洞在NGC 253的核可能对宇宙射线加速的存在。有了这个目标，我们模拟的吸积流到假定的活动核，我们评估的可行性粒子加速的黑洞发电机机制。作为一个副产品，我们探索的吸积流中的非热粒子的星系的高能量发射的潜在贡献。我们发现，在三个最可能的核候选者，吸积流的排放将抑制黑洞发电机机制。为了完全排除NGC 253中一个假定的核可能对宇宙射线加速产生的影响，需要更好地澄清该核的真实性质。
2020-03-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Building up the spectrum of cosmic-rays in star-forming regions
计算星暴星系或区域中宇宙射线分布的常用方法相当于假设在该环境中的任何一点，都有一个加速器以降低的速率输入宇宙射线。这个速率应该与总体体积平均注入相一致，由在星爆年龄期间活跃的加速器的总数给出。这些假设似乎是合理的，特别是在加速器均匀和各向同性分布的假设下。然而，在这种方法中，叠加光谱的时间演化并没有明确推导出来;相反，它基本上是从头开始假设的。在这里，我们测试这种方法的有效性，通过以下叠加的宇宙射线光谱的时间演化和空间分布，并比较我们的结果与那些从理论模型，把星爆区作为一个单一的源。在量热极限（没有宇宙射线平流），均匀性（通常在20%以内）在大部分的星爆区域达到。然而，中心到边缘强度比的值可以达到几个因子。宇宙射线分布的共同均匀假设和我们的模型之间的差异在两区几何形状的情况下更大，例如中心核周围有一个圆盘。我们还发现，宇宙射线密度随星暴过程持续时间的衰减是缓慢的，甚至在星暴结束后约100万年（对于35 cm-3的气体密度），它仍然可能在其峰值的一个数量级内。基于我们的模拟，似乎从附近的星暴星系中检测到相对较硬的光谱，直到最高的伽马射线能量，有利于相对较小的扩散系数（即，长扩散时间）。
2012-03-13 astro-ph.HE
The Fermi Bubbles as Starburst Wind Termination Shocks
在银河系内部100 pc的增强型恒星形成过程中，发射了一个类似M82的参数为1600 km/s $^{-1}$的超级风。与更强大的星暴风相比，风的冲压压力非常低。我表明，晕气体停止风几千秒差距的银河系中心。我认为，终止激波加速了宇宙射线，由此产生的逆康普顿伽马射线就是可见的费米泡。这些气泡是风的气泡，恒星暴可以在1000万年内膨胀。只要星暴持续，它们就能保持稳定状态。冲击波可以加速PeV电子和EeV质子。气泡可能是星系际介质中星系风终止激波的类似物。我讨论了这种模式的优点和存在的问题。我注意到，任何来自Sgr A* 的喷流在到达晕气体之前都必须穿过星暴风泡，这可能会影响这种喷流的早期演化。
2014-08-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Winds, Clumps, and Interacting Cosmic Rays in M82
我们构建了一个家庭的模型，在星爆星系M82的高能粒子的演化，并将它们与观测结果进行比较，以测试量热计假设，所有的宇宙射线能量辐射在星爆区域。假设宇宙线加速效率与银河系参数一致，计算了宇宙线质子、初级电子和次级电子/正电子的粒子数随能量的变化。宇宙射线通过II型超新星以0.07/年的观测速率注入银河系能量分布和电子质子比。从宇宙线谱出发，我们预测了射电同步辐射和γ射线谱。为了更精确地模拟无线电频谱，我们在M82的星爆区加入了多相星际介质。我们的模型星际介质是高度破碎的紧凑致密的分子云和致密的光电离气体，都嵌入在一个热的，低密度的介质在整体压力平衡。用这个单区模型预测的谱与观测到的M82的射电和γ射线谱进行了比较。卡方检验用于无线电和γ射线观测以及一系列模型预测，以找到最佳拟合参数。最佳拟合模型对M82星暴区的关键参数进行了约束，包括磁场强度约为250 μ G，风平流速度在300 - 700 km/s范围内。我们发现，M82是一个很好的电子量能器，但不是一个理想的宇宙射线质子量能器，并讨论了我们的结果的天体物理学的远红外射电相关的星爆星系的影响。
2013-03-18 astro-ph.HE
Cosmic Ray Sampling of a Clumpy Interstellar Medium
宇宙射线如何对星暴星系中的多相星际介质（ISM）进行采样对许多科学目标具有重要意义，包括评估这些系统的宇宙射线量热计模型，预测它们的中微子通量，以及模拟它们的风。在这里，我们使用蒙特卡罗模拟研究宇宙射线采样的一个简单的，两相ISM的条件下，类似于那些典型的星爆星系M82。宇宙射线采样的平均密度的ISM在星爆区域的假设进行了评估，在一个多维的参数空间，我们不同的分子云的数量，银河风的速度，在何种程度上的磁场是纠缠的，和宇宙射线注入机制。我们评估的发射率从π生产的分子云的发射率，如果宇宙射线采样的平均密度，将被观察到的比率，并寻求参数空间的区域，这个比率显着不同的单位。宇宙射线对平均密度采样的假设在大部分参数空间都成立;然而，这种假设在云密度高、注入点靠近云和磁场非常复杂的情况下开始失效。最后，我们评估我们的模拟星爆区域的行为作为一个质子量能器和构建的时间依赖的宇宙射线的爆发光谱的程度。
2013-10-31 astro-ph.HE
Deep Chandra Observations of the Compact Starburst Galaxy Henize 2-10: X-rays from the Massive Black Hole
我们目前的后续X射线观测的候选人在低质量，紧凑的星暴星系Henize 2-10的核大质量黑洞（BH）。使用来自钱德拉X射线天文台的新的高分辨率观测，持续时间总计200 ks，以及2001年的钱德拉档案观测，我们证明了先前未识别的X射线点源的存在，该点源与Henize 2-10中已知的核射电源在空间上一致（即，巨大的BH）。我们发现，在2001年的观测中以前确定的硬X射线发射是由一个源，这是不同于核，与预期的高质量X射线二进制的属性。核源的X射线光度表明，大质量黑洞的辐射明显低于其爱丁顿极限（~10^-6 L_Edd），其软光谱类似于其他弱吸积的大质量黑洞，包括人马座A*。对原子核的X射线光变曲线的分析揭示了一个~9小时的周期性，尽管需要额外的观测来证实这一结果。我们的研究强调了需要灵敏的高分辨率X射线观测来探测低水平吸积，这是整个宇宙BH活动的主要模式。
2016-10-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
High energy extragalactic multimessenger backgrounds from starburst and dead galaxies
本文研究星暴星系和年老星系的高能辐射贡献，指出星系集体辐射仅能解释少量河外中微子，但可构成河外γ射线背景的主要部分，且其中相当比例可能来自轻子过程。
2025-05-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Deciphering the Archeological Record: Further Evidence for Ultra-High-Energy Cosmic Ray Acceleration in Starburst-Driven Superwinds
本文通过分析宿主星系 NGC 891 的红外辐射，破解超级风演化的“逆”问题，为星暴驱动超级风加速超高能宇宙射线提供了确凿证据。
2023-04-04 astro-ph.HE
On The GeV & TeV Detections of the Starburst Galaxies M82 & NGC 253
费米、HESS和VERITAS观测到的来自M82和NGC 253的GeV和TeV辐射限制了这些密集恒星爆发中宇宙射线（CR）的物理性质。我们认为，伽马射线主要是强子的起源，如先前的研究所预期的。测量的通量意味着，π介子的损失是有效的CR质子在两个星系：我们表明，一个分数F_cal ~ 0.2 - 0.4的能量注入高能量的初级CR质子失去了非弹性质子-质子碰撞（π介子生产）逃逸前，产生γ射线，中微子，和次级电子和正电子。我们讨论了这个估计中的因子~2不确定性，包括超新星速率和轻子对GeV-TeV辐射的贡献。我们认为，像Arp 220 ULIRGs的伽马射线数据可以测试是否M82和NGC 253是真正的量热，我们提出的上限Arp 220从费米数据。我们发现，所观察到的比率的GeV GHz通量的星爆表明，非同步加速器冷却过程是重要的冷却CR电子/正电子人口。我们简要地重新考虑以前的预测在光的伽马射线探测，包括星爆的伽马射线背景和CR能量密度的贡献。最后，作为未来研究的指南，我们列出了天空中最亮的恒星形成星系，并对其伽马射线和中微子通量进行了更新预测。
2011-04-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Spectral Decline of PeV Neutrinos from Starburst Galaxies
星暴星系代表了冰立方最近发现的宇宙高能中微子流最合理的起源之一。在$\sim$ PeV的能量下，来自星暴星系的中微子流预计会由于宇宙射线逃逸星系而表现出特征性的光谱突变。我们研究的“涂抹”这个光谱突破人口的星爆星系具有不同的属性。我们把银河分销公司并入w.r.t.恒星形成率和红移。我们的研究结果（i）显示特征光谱软化冰立方的能带;（ii）解决矛盾的观测软中微子光谱和扩散伽马射线通量观测费米-LAT;（iii）约束的性质的磁场在星暴星系。
2015-09-20 astro-ph.HE
Discovery of GeV emission from the direction of the luminous infrared galaxy NGC 2146
最近对星暴星系M82和NGC 253的高能伽马射线发射的探测表明，星暴星系是宇宙射线的巨大储存库，这些宇宙射线通过与致密的星际介质碰撞将其能量的很大一部分转化为伽马射线。本文报道了利用费米大天区望远镜68个月的观测资料，对几个邻近的恒星形成星系和星暴星系的高能γ射线辐射进行的研究。我们发现一个$\sim5.5σ$探测到的伽马射线发射超过200{ \rm MeV}从源空间上与位置一致的亮红外星系NGC~2146。考虑到γ射线辐射的时间和光谱特性，我们认为该γ射线源可能是NGC~2146的对应物。伽马射线光度表明NGC~2146中的宇宙射线将大部分能量转化为次级π介子，因此NGC~2146是一个“质子量能器”。研究还发现NGC 2146的伽玛射线光度与恒星形成星系的总红外光度之间服从准线性标度关系，加强了大质量恒星形成与恒星形成星系伽玛射线辐射之间的联系。预测了NGC~2146可能的TeV辐射，并讨论了该辐射对星暴星系高能中微子辐射的影响。
2014-08-08 astro-ph.HE
An in-depth study of Gamma rays from the Starburst Galaxy M 82 with VERITAS
本研究利用VERITAS对星暴星系M 82的254小时高质量观测数据，获得了更高显著性的甚高能伽马射线信号，通过多波长联合建模排除了纯轻子辐射场景，支持轻子-强子混合场景，并揭示了宇宙线电子的输运特征。
2025-01-17 astro-ph.HE
An AGN-starburst composite multi-messenger model of NGC 1068
最近的多波长观测表明，一些星暴星系显示出其中心区域占主导地位的非热贡献。这些活动星系核（AGN）-星暴复合物特别令人感兴趣，因为这两种现象本身就是高能宇宙射线及其伴随的伽马射线和中微子发射的潜在来源。在这里，我们将重点关注NGC 1068，它是几年前从其非典型的无线电伽马射线相关性中得知的。最近，这个源也显示出高能中微子发射的强烈迹象。第一个半解析，两个组件的多信使模型，已经给出了一些限制的活动星系核的星爆复合特性的NGC 1068和暴露的需要，包括星爆\emph{and}活动星系核日冕来描述的多信使数据。
2021-08-17 astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Rays: A Short Review
我们将回顾超高能宇宙射线的主要物理方面。我们将特别讨论它们通过天体物理背景的传播，重点是HiRes，望远镜阵列和俄歇的最新实验观测。我们还将审查银河系和河外宇宙射线之间的过渡问题。
2013-01-24 astro-ph.HE hep-ph
Theoretical Explanation of the Cosmic Ray Perpendicular Diffusion Coefficient in the Nearby Starburst Galaxy NGC 253
扩散系数通常用来描述宇宙射线在宇宙中的传播。虽然这样的传输参数可以从太阳系的实验中获得，但很难确定银河系或外部星系的扩散系数。最近，有人提出了一个在邻近的星暴halbeneux NGC 253中垂直扩散系数的值。在本文中，我们重现这个值理论上通过使用先进的分析理论垂直扩散。
2012-12-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Ultra High Energy Particles Propagation and the Transition from Galactic to Extra-Galactic Cosmic Rays
讨论了超高能宇宙射线在天体物理背景中传播的基本特征，比较了两种计算超高能宇宙射线通量的方法。我们还讨论了银河系和河外宇宙射线之间的过渡问题，使用流量的理论结果比较不同的模型。
2012-07-09 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic-ray induced ionization rates and non-thermal emissions from nuclei of starburst galaxies
本研究通过分析星暴星系核的非热辐射，预测其宇宙线诱导电离率约为$10^{-14}$ s$^{-1}$，比银河系高2-3个数量级，并展示了非热辐射数据在揭示星暴环境中宇宙线影响方面的价值。
2024-02-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Are Starburst Galaxies Proton Calorimeters?
在GeV和TeV波段观测到了几个星暴星系。在这些稠密的环境中，伽马射线的发射应该主要是宇宙射线与星际介质（$p_{\rm cr}p_{\rm ism} \to π^{0} \to γγ$）的相互作用。事实上，星爆可以作为质子“热量计”，其中相当一部分宇宙射线能量输入以伽马射线形式发射。在这里，我们建立了一个单区，“厚目标”模型，实现量热法和宇宙射线相互作用的伽马射线发射的上限。该模型假设宇宙射线被超新星（SNe）加速，并且所有的宇宙射线都遭受核相互作用而不是逃逸。我们的模型只有两个自由参数：每颗超新星的宇宙射线质子加速能量$ε_{\rm cr}$和质子注入光谱指数$s$。我们计算了10 MeV到10 TeV的π介子γ射线辐射，并利用Fermi，H.E.S.S.和/或VERITAS数据。我们的模型为M82和NGC 253提供了很好的拟合，并产生了$ε_{\rm cr}$和$s$值，表明超新星宇宙射线加速在恒星爆发和我们的银河系中是相似的。我们发现，这些恒星爆发确实几乎，如果不是完全质子热量计。对于NGC 4945和NGC 1068，模型与量热法一致，但由于缺乏TeV数据而受到较少的约束。然而，圆规星系和超亮红外星系Arp 220超过了我们的上限，可能的解释进行了讨论。
2018-01-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of Gamma-Ray Emission from the Starburst Galaxies M82 and NGC 253 with the Large Area Telescope on Fermi
我们报告的高能量伽玛射线辐射的检测从两个星爆星系使用的数据与大面积望远镜上的费米伽玛射线空间望远镜。稳定的点状发射超过200兆电子伏已被检测到的显着水平分别为6.8西格玛和4.8西格玛，从源的位置一致的位置的星暴星系M82和NGC 253。这些辐射源的总通量与源自宇宙射线与局部星际气体和辐射场相互作用的伽马射线辐射一致，构成了大质量恒星形成与恒星形成星系中伽马射线辐射之间存在联系的证据。
2009-11-27 astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Rays from the Local Void
Vanderbilt University（范德堡大学）
研究通过本地虚空方向的超高能宇宙射线推测其可能为轻量磁单极子，并提出通过全天空观测确定其在10^20 eV以上的比例。
2026-04-22 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Multi-wavelength campaign on NGC 7469: III. Spectral energy distribution and the AGN wind photoionisation modelling, plus detection of diffuse X-rays from the starburst with Chandra HETGS
我们调查的物理结构的活动星系风的Seyfert-1星系NGC 7469通过高分辨率X射线光谱与钱德拉HETGS和光电离模型。钱德拉，HST和斯威夫特的同期数据被用来模拟光学紫外-X射线连续谱，并确定光谱能量分布（SED）在两个时代，相隔13年。在我们的研究中，我们使用了2015年12月至2016年1月的新观测结果和2002年12月的历史观测结果。我们研究的SED形状的变化，看到两个时代之间的风的光电离的影响。HETGS光谱表明，NGC 7469的活动星系核风由四个电离分量组成，它们的外流速度在-400到-1800 km/s之间。从我们的建模中，我们发现，在电离连续形状的变化之间的两个时代的结果在风分量的电离状态的一些变化。然而，对于在X射线中检测到的主要离子，它们在所有四种组分上的柱密度之和在实践中保持不变。对于四个组分中的两个，我们发现它们在两个时期都是热不稳定的，我们使用冷却和复合时标得到2 < r < 31 pc和12 < r < 29 pc。对于另外两个热稳定组分，我们从复合时间尺度获得r < 31 pc和r < 80 pc。我们的光电离建模和热稳定性分析的结果表明，在NGC 7469的吸收剂组件是一致的是一个热驱动风从活动星系核环面。最后，通过对零级ACIS/HETG数据的分析，我们发现0.2-1 keV之间的X射线辐射在空间上扩展了1.5-12”。这种弥漫的软X射线辐射…
2018-03-22 astro-ph.HE
High-energy processes in starburst-driven winds
星暴星系产生的大规模风是由位于星系盘中的恒星形成区的活动提供动力的。风的爆发所产生的圆盘的碎裂导致了云的形成。超音速外流引起的弓形激波出现在这样的云周围。本文讨论了相对论粒子的加速和非热辐射的产生。在弓形激波处加速的宇宙射线没有达到最高能量，尽管产生的高能光度是显著的。我们发现，在恒星暴增中，高达10%的伽马射线辐射可能来自星系盘外的这些源。离散X射线源与幂律组件也有望。
2020-06-22 astro-ph.HE
PeV Gamma Rays from Interactions of Ultra High Energy Cosmic Rays in the Milky Way
本文计算了超高能宇宙射线在银河系中传播时与周围物质和辐射相互作用产生的PeV γ射线本底。如果初级超高能宇宙射线是从银河系的点源产生的，那么这些点源也会发射PeV的伽马射线。我们讨论，在未来的检测galactocentric PeV伽马射线将是一个签名的存在EeV宇宙加速器在银河系。
2011-10-24 astro-ph.HE
The Galactic Centre - A Laboratory for Starburst Galaxies (?)
银河系中心-作为最近的星系核-既有内在的兴趣，也可能代表了一个有用的类似恒星爆发核，我们可以观察到数量级的细节比这些外部系统。GC中的环境条件--这里指的是银河系内部直径为200 pc的区域--相对于银河系盘中通常遇到的环境条件来说是极端的。各种GC ISM成分的能量密度通常比当地发现的大两个数量级，恒星形成率密度大三个数量级。在银河系中，银河系中心的硬谱、弥散的TeV（=10^12 eV）伽马射线辐射与该区域的分子气体在空间上是一致的。最近，在这种能量的伽马射线中也探测到了本星系NGC 253和M82的核。我们已经开始了一项扩展活动，对从银河系内部200 pc接收到的宽带（无线电连续体到TeV伽马射线）非热信号进行建模。在这个模型的基础上，我们发现恒星形成和相关的超新星活动是该地区非热活动的最终驱动力。这种活动驱使大规模的热等离子体风和宇宙射线离开GC。在本地加速的宇宙射线在原地失去大量能量或穿透到恒星形成发生的致密分子气体核心之前，风会迅速地将它们平流。然而，宇宙射线可以加热/蒸发包裹核心的较低密度/温暖的H2相。在非常大的尺度上（~10 kpc），逃逸的GC宇宙射线的非热特征最近可能被探测到，作为壮观的“费米泡”和相应的“WMAP雾”。
2011-12-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
On the Origin of Ultra-high-energy Cosmic Rays Assuming a Heavy Mass Composition
Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
本研究假设超高能宇宙射线由铁核组成，通过模拟传播研究其来源，发现活跃星系核与恒星burst星系相比更符合观测数据，但GMF偏转使源识别仍具挑战性。
2025-07-31 astro-ph.HE
On Anisotropy of Ultra-High Energy Cosmic-Rays
简要总结了我们对超高能宇宙射线（UHECR）各向异性的研究，定义了一个统计量来衡量UHECR与大尺度结构（LSS）之间的相关性。我们还在这里评论最近发表的论文Koers和Tinyakov，比较我们的统计改进KS统计。
2009-01-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Search for radio halos in starburst galaxies
本研究利用MeerKAT数据搜寻25个侧向星暴星系中的射电晕，探测并表征了11个射电晕（其中7个为新发现），发现晕的标高随射电直径线性增加，且与恒星形成率无关，支持恒星形成活动在射电晕形成中起关键作用。
2024-03-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fornax A, Centaurus A and other radio galaxies as sources of ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线（UHECR）的起源仍然是未知的。最近有人提出，UHECR各向异性可以归因于星暴星系或活动星系核。我们认为后者更有可能，巨瓣射电星系，如半人马座A和天炉座A可以解释这些数据。
2018-05-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
