Impact of cosmic-ray propagation on the chemistry and ionisation fraction of dark clouds
本文提出一种高效数值框架模拟暗云中宇宙线传播，结合GIZMO磁流体模拟研究其对化学和电离分数的影响，并给出由可观测示踪物估算电离分数及由H$_2$密度计算宇宙线电离率的解析公式。
2025-07-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Interaction of Cosmic Rays with Cold Clouds in Galactic Halos
我们研究了宇宙线（CR）动力学对嵌入在热的、稀薄的星系晕中的冷的、稠密的云的影响。如果云内的磁场没有增加太多，阿尔文速度的局部降低会对从恒星形成星系盘流出的CR造成瓶颈。瓶颈的上游CR梯度的热气体，这意味着多相结构可能有全球影响CR驱动风。一个大的CR压力梯度也可以在云的向外边缘发展。该压力梯度具有两个独立的效果。CR将云向上推，赋予它动力。在较小的尺度上，CRs使锋面中的冷气体加压，降低其密度，这与最近COS对本地$L_{*}$星系的观测中推断的低密度冷气体一致。它们还加热了云边缘的物质，使云-晕界面变宽，并导致界面离子丰度发生可观察到的变化。由于宇宙射线加热相对于热传导加热的温度依赖性要弱得多，与传导前沿相比，CR介导的前沿具有更高的低离子与高离子的比率，与观测结果更一致。我们分别使用1D模拟和分析技术研究这些影响。
2017-01-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Self-consistent model of cosmic ray penetration into molecular clouds: Effect of energy losses
本研究将已有的相对论宇宙射线穿透分子云理论拓展至非相对论粒子，揭示了电离损失、质子与电子共同激发MHD波等效应会显著改变自调制过程，大幅削弱中等柱密度分子云内的宇宙射线能谱。
2025-10-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Acceleration of Cool Clouds in the Circumgalactic Medium
本文研究了用宇宙射线（CR）加速环星系介质（CGM）中冷（10 $^4$ K）云的一种机制，可能解释了观测到的高速云（HVC）的一些特征。强制CR沿其压力梯度向下流动到低速流动区域导致CR压力显著增加，这可加速CGM。我们提出的第一个二维磁流体动力学（MHD）模拟的结果，这种“CR瓶颈”，扩展在一维从\cite{wiener17a}简单的模拟。虽然需要更多的调查，我们发现两个主要结果。首先，这些云的界面中的辐射冷却足以使云不受CR波加热的影响。第二，云加速度依赖于几乎线性注入CR通量在较低的值（相当于预期从银河系的恒星形成率），但规模次线性在较高的CR通量在一维模拟。2D模拟显示在高CR通量的次线性依赖的暗示，但与纯线性依赖的CR通量测试是一致的。因此，将CGM中的冷云加速到数百km s $^{-1}$的速度是合理的。
2019-03-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stochasticity of Cosmic Rays from Supernova Remnants and the Ionization Rates in Molecular Clouds
本研究通过模拟银河系超新星遗迹产生的低能宇宙射线谱分布，推导电离率分布并与观测对比，发现源随机性可解释分子云中异常高的电离率。
2023-05-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Astrochemical Impact of Cosmic Rays in Protoclusters I: Molecular Cloud Chemistry
我们提出了天体化学光解离区模型，其中宇宙射线衰减已完全耦合到气体的化学演化。我们模拟的天体化学影响的宇宙射线，包括那些加速的原恒星吸积冲击，分子云托管原星团。我们的模型与嵌入的原恒星再现观察到的电离率。我们研究了不同表面宇宙线谱和不同恒星形成效率的模型中宇宙线衰减对离子的影响。我们发现丰度，特别是离子，对宇宙射线的处理很敏感。我们表明，离子的柱密度下预测的“经典”治疗的宇宙射线的数量级。我们还测试了两种常见的化学近似用于推断电离率。我们的结论是，H $_3^+$丰度的基础上的近似预测电离率下，除了在宇宙射线占主导地位的化学区域。我们的模型表明，致密气体中的化学物质将受到电离率增加的显著影响，导致NH $_3$等分子减少，并导致富含H $_2$的气体变得[C II]明亮。
2019-05-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Transport, Energy Loss, and Influence in the Multiphase Interstellar Medium
GeV能量的宇宙射线的整体传播速度受到磁流体波频繁散射的限制。大多数解释这种限制的星系演化模拟都假设气体是完全电离的，宇宙射线与阿尔芬波耦合良好;然而，在星系演化模拟中经常无法分辨的多相密度不均匀性会导致宇宙射线碰撞和由宇宙射线解耦和部分中性气体中的流速度升高驱动的电离依赖的传输。宇宙射线是如何导航和影响这样一种介质的，我们能用观测来约束这种传输吗？在本文中，我们模拟宇宙射线正面撞击理想化，部分中性云和对数正态分布的团块，有和没有电离依赖的运输。有了这些高分辨率的模拟，我们确定云界面的关键区域，宇宙射线的前锋可以发展一个阶梯式的压力梯度足以无碰撞地产生波，克服离子中性阻尼，并施加力的云。我们发现，冷云的加速是阻碍了只有一个因素的几个电离相关的运输时，包括额外的依赖于磁场强度和云的维数。我们还探讨了宇宙射线如何对背景气体进行采样并量化碰撞损失。当包含电离依赖的输运时，强子伽马射线发射图在性质上是不同的，但总体光度变化只有一个很小的因素，因为宇宙射线在冷云中的短停留时间被宇宙射线采样的较高密度所抵消。
2021-04-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cold Clouds as Cosmic-Ray Detectors
低能宇宙射线（CR）负责星际云的气体加热和电离，这反过来又引入了银河磁场的耦合。到目前为止，CR电离率（CRIR）已使用间接方法估计，例如其对各种稀有分子物种丰度的影响。在这里，我们表明，CRIR可能会限制从线发射的H $_2$振转跃迁，激发CR。我们推导出CR占主导地位的线激发所需的条件，并表明，CR激发线可以检测到的甚大望远镜（VLT）超过8小时的整合。我们的方法，如果成功地应用于各种云在不同的银河系的位置将提供改进的限制，低能量CR的频谱和它们的起源。
2020-01-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
New Constraints on Cosmic Particle Populations at the Galactic Center using X-ray Observations of the Molecular Cloud Sagittarius B2
人马座B2（Sgr B2）分子云复合体是一个X射线反射星云，自2001年以来，其总辐射量持续减少，因为它重新处理了一个或多个来自超大质量黑洞人马座A* 的能量爆发。X射线反射模型解释了观测到的时间变化，并提供了一个窗口，我们最近的超大质量黑洞的发光演化历史。根据银河系中心宇宙粒子数量增加的证据，来自Sgr B2的X射线也被认为是低能量（亚GeV）宇宙射线的探测器，这可能是由于非热X射线发射的相对比例增加，因为X射线反射的贡献减少。在这里，我们介绍了2018年以来对Sgr B2的最新深层NuSTAR和XMM-Newton观测。这些发现揭示了复合体低密度部分的小尺度变化，包括增亮特征，但仍然能够使Sgr B2中低能宇宙粒子相互作用的X射线达到上限。我们提出了铁K $α$通量从不同密度的云区，便于比较与整个云的环境LECR相互作用的模型。
2022-05-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Self-modulation of cosmic rays in molecular clouds: Imprints in the radio observations
我们分析了中央分子带（CMZ）和单个分子云的非热射电辐射的性质，并认为所观察到的特征可以在我们最近的宇宙射线（CR）穿透致密分子区域的自调制理论框架内解释。对于气柱密度为$\sim10^{23}$ cm $^{-2}$的云，该理论预测了亚GeV CR电子的耗尽，由于CR质子的自调制而发生，并导致在亚GHz范围内的更硬的同步加速器光谱。同步加速器光谱中电子耗尽的预测印记与CMZ现有射电观测中看到的光谱硬化一致。一个类似的，但甚至更强的同步辐射的影响预测为个人（密度）CMZ云，如Sgr B2。然而，在$\sim$ GHz以上的频率下，观测数据可用，完全由热分量主导，因此需要在较低频率下进行新的观测来验证预测。
2021-08-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Empirical assessment of cosmic ray propagation in magnetized molecular cloud complexes
分子云是复杂的磁化结构，在很宽的尺度范围内变化。在致密的、屏蔽的分子云团和核心中的电离被认为是由带电的宇宙射线（CR）引起的。这些CR还可以有助于加热分子云深处的气体，并且在CR丰富的环境中，它们的效果可能是显著的。CR在具有无序磁场的介质中主要通过扩散传播。因此，分子云中复杂的磁性结构决定了CRs在其中的传播和空间分布，从而调节其局部电离和加热模式。通过分子云的星光的光学和近红外（NIR）偏振通常用于跟踪磁场。磁化分子云复合物中的CR扩散系数可以从这些光学/近红外星光偏振中观察到的波动来推断。在这里，我们提出了预期的CR加热模式的IC 5146，从光学/近红外观测确定的恒星形成的灯丝的计算。我们的计算表明，当地条件引起CR传播的实质性变化。这会影响局部CR加热功率。在富含CRs的恒星形成星系中，这种影响预计会很严重。这些星系中的分子云可能与CRs不太丰富的星系中的分子云演化不同。
2021-07-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic rays and molecular clouds
本文讨论了宇宙射线穿透分子云的问题和有关的γ射线发射问题。高能宇宙射线与致密气体相互作用，产生中性π介子，后者又衰变为两条伽马射线。这使得分子云成为潜在的伽马射线源，特别是如果它们位于将宇宙射线注入星际介质的强大加速器附近。在一个给定的源周围，宇宙射线超密度的幅度和持续时间取决于宇宙射线在湍流的银河磁场中扩散的速度。基于这些原因，分子云的伽马射线观测既可以用来定位宇宙射线的来源，也可以用来限制宇宙射线在银河系中的扩散特性。
2012-08-24 astro-ph.HE
Cosmic-ray-induced ionization in molecular clouds adjacent to supernova remnants
高能伽马射线（GeV到TeV光子能量）已经被探测到朝向与分子云相关的几个超新星遗迹（SNR）。如果伽马射线主要是由强子过程而不是像韧致辐射这样的轻子过程产生的，那么产生伽马射线所需的高能宇宙射线核（>1 GeV）的通量就可以在粒子在SNR冲击中被加速的地方推断出来。理解伴随高能成分的较低能量（<1 GeV）的宇宙射线的加速是非常有意义的。这些较低能量的粒子在电离星际气体时最有效，这在星际离子化学中留下了可观察到的印记。高能γ辐射与增强的星际电离的相关性因此可以用来支持γ射线的强子起源，并约束电离宇宙射线在SNR中的加速。利用观测到的伽马射线数据，可以为E >1 GeV的初级宇宙射线质子谱建模，并将谱仔细外推到较低的能量，从而提供了一种计算分子云电离率的方法。
2012-09-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic ray penetration in diffuse clouds
宇宙射线是分子云和扩散云电离的基本来源，影响它们的化学、热和动力学演化。云内宇宙射线的数量也决定了宇宙射线和云物质之间强子碰撞产生的$γ$射线通量。本文通过求解宇宙射线的定态输运方程，包括扩散、平流和中性氢原子电离引起的能量损失，研究了扩散云内外宇宙射线的光谱。我们发现，宇宙射线谱内的扩散云不同于在星际介质中的能量小于$E_{br}\approx 100$兆电子伏，无论模型的细节。在$E_{br}$以下，如果星际介质是幂律$\propto p^{-s}$，且$s$大于（小于）$\sim 0.42$，则光谱比星际介质中的光谱硬（软）。
2015-06-16 astro-ph.HE
How to use molecular clouds to study the propagation of cosmic rays in the Galaxy
γ射线域分子云的观测为我们研究银河系中宇宙射线的分布提供了一个工具。这是因为宇宙射线可以穿透分子云，在致密气体中经历强子相互作用，产生中性π介子，然后衰变为伽马射线。对这种辐射的探测使我们能够估计出云所在位置的宇宙射线的光谱和强度。值得注意的是，这一事实可以用来限制银河系特定位置的宇宙射线扩散系数。
2010-11-09 astro-ph.HE
Cosmic ray penetration in diffuse clouds
宇宙射线是分子云和扩散云电离的基本来源，影响它们的化学、热和动力学演化。云内宇宙射线的数量也决定了宇宙射线和云物质之间强子碰撞产生的$γ$射线通量。本文通过求解宇宙射线的定态输运方程，包括扩散、平流和中性氢原子电离引起的能量损失，研究了扩散云内外宇宙射线的光谱。我们发现，宇宙射线谱内的扩散云不同于在星际介质（ISM）的能量小于$E_{br}\approx 100$ MeV，无论模型的细节。在$E_{br}$以下，如果ISM是幂律$\propto p^{-s}$，且$s$大于（小于）$\sim0.42$，则频谱比ISM中的频谱硬（软）。因此，由于CR的电离速率也受到强烈影响。假设平均银河光谱与从AMS-2和旅行者1号数据推断的光谱相似，我们讨论了典型弥漫云中产生的电离率。
2015-09-17 astro-ph.HE
ALMA CO Observations of Gamma-Ray Supernova Remnant N132D in the Large Magellanic Cloud: Possible Evidence for Shocked Molecular Clouds Illuminated by Cosmic-Ray Protons
N132 D是大麦云星云（LMC）中最明亮的伽马射线超新星遗迹（SNR）。我们利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和阿塔卡马亚毫米望远镜实验对信噪比进行了$^{12}$ CO（$J$ = 1-0，3-2）观测。我们发现扩散CO排放不仅在南部边缘的SNR如先前所知，但也在X射线壳。我们空间分辨9分子云使用ALMA与$5''$的角分辨率，对应于$\sim$ 1 pc的空间分辨率在LMC的距离。典型的云大小和质量分别为$\sim$ 2.0 pc和$\sim$ 100 $M_\odot$。高强度的CO $J$ = 3-2 / 1-0 $> 1.5$的比例被视为朝向分子云，表明冲击加热已经发生。空间分辨X射线能谱显示，N132 D中心的热X射线不仅产生于分子云的后方，也产生于分子云的前方。考虑到在残骸中心的视线方向上没有与朝向一个分子云的前向激波相关的热分量，这表明，这一特殊的云被冲击波吞没，并位于残骸的近侧。如果强子过程是伽马射线发射的主要贡献者，那么被激波吞没的云就扮演了宇宙射线的目标角色。我们估计在N132 D中加速的宇宙射线质子的总能量为$\sim$ 0.5- $3.8 \times 10^{49}$ erg作为保守的下限，这与在银河伽马射线SNR中观察到的能量相似。
2020-11-10 astro-ph.GA 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
Observational signatures of cosmic ray interactions in molecular clouds
我们调查的电离和加热的气体在密集的，屏蔽团块/核心的分子云沐浴的能量，带电宇宙射线（CR）的涌入。这些分子云具有复杂的结构，其物理性质在很大的长度范围内变化很大。因此，CR的传播和分布受到相应的调节，特别是通过穿过云并进入云内密集区域的磁场。我们已经发现，在银河系环境中，在致密的团块/核心中，可以维持达到$10^{-26}$ erg cm $^{-3}$ s $^{-1}$的特定加热速率，并且该速率随着CR能量密度的增加而增加。计算了在IC 5146中确定的一些恒星形成细丝中CR的传播和加热速率，这些结构中的CR扩散系数是从星光的光学和近红外偏振推断的磁场波动确定的，这可能是一种磁场示踪剂。我们的计算表明，CR加热可以改变近三个数量级之间的不同的灯丝在云由于不同水平的CR渗透。这些灯丝之间的CR电离率是相似的。在银河系环境中，仅通过CR加热就可以维持的平衡温度是$1~{\rm K}$量级，但在强烈的恒星形成环境中，这个值会更高，从而导致分子云的金斯质量增加。
2021-03-11 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
Interaction of escaping cosmic rays with molecular clouds
研究从加速器逃逸的宇宙射线产生的伽马射线辐射至关重要，原因（至少）有两个：第一，探测这些伽马射线光子可以用来确定宇宙射线的来源;第二，这种辐射的特性限制了宇宙射线在星际介质中传播的方式。本文综述了该领域的研究现状。
2013-04-03 astro-ph.HE
Propagation of Low-Energy Cosmic Rays in Molecular Clouds: Calculations in Two Dimensions
我们用包含E-M力的碰撞玻尔兹曼输运方程计算宇宙线输运。我们应用Crank-Nicholson方法来求解这个方程。在每个时间步，宇宙射线的空间分布被应用到ZEUS 2D磁流体力学模型，然后利用该模型计算得到的E-M场。最后，将场应用于初始方程。该序列在许多时间步长上重复，直到达到稳定状态。我们认为从t = 0，直到稳定状态的各向同性的低能量宇宙射线通量的结果，也为一个增强的宇宙射线通量撞击在一侧的分子云。该宇宙射线通量用于确定星际氢通过宇宙射线的电离率zeta。天体化学的影响简要地提到。
2011-10-13 astro-ph.HE
Studying Cosmic-ray Interactions in Giant Molecular Clouds with the HAWC Gamma-ray Observatory
银河系中的宇宙射线通量可以通过结合银河系中气体分布的知识和伽马射线的观测来表征。我们分析了HAWC天文台的数据，寻找伽马射线在三个银河系巨分子云，是在银道面（$|b|>5^{\circ}$）。然后，我们就可以检验这样一个范例，即测得的局部宇宙射线通量与银河系宇宙射线的“海洋”相同。由于其大视场和高占空比，HAWC适合于在TeV伽马射线范围内搜索来自大型结构的伽马射线。我们在这里提出的初步结果，从测量的天鹰座裂谷，武仙座和金牛座分子云。
2019-08-16 astro-ph.HE
Suppressed Cosmic Ray Energy Densities in Molecular Clouds From Streaming Instability-Regulated Transport
本研究首次在 STARFORGE 框架中引入显式宇宙射线输运，模拟 2000 太阳质量分子云坍缩与恒星形成，发现流不稳定性会显著衰减云内 CR 能量；在类银河系环境中 CR 对恒星形成影响有限，但在高 CR 环境下会促使云提前坍缩并将恒星形成效率提升 50% 至约 13%。
2024-07-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Implications of a High Cosmic-Ray Ionization Rate in Diffuse Interstellar Clouds
弥漫的星际云显示出大量的H_3^+，只有通过H_2的高电离率才能维持。宇宙射线是这种环境中的主要电离机制，因此大的电离率意味着高的宇宙射线通量，以及大量的能量驻留在宇宙射线中。在本文中，我们发现标准传播宇宙射线谱预测的电离率比从H_3^+推断的电离率低得多。低能（~10 MeV）宇宙射线是电离氢的最有效的射线，但不能被直接探测到;因此，低能宇宙射线通量的不可观测的增强为H_3^+的结果提供了一个合理的解释。除了电离，宇宙射线还通过分裂原子核和激发原子核状态与星际介质相互作用。这些过程产生轻元素Li、Be和B，以及伽马射线。为了测试增强的低能宇宙射线通量的后果，我们采用了两个物理动机的宇宙射线光谱的建设再现电离率推断在弥漫的云，并调查这些光谱的影响致密的云电离率，轻元素丰度，伽马射线通量，和能量。这里提出的一个光谱提供了一个解释，在弥漫云中看到的高电离率，同时似乎仍然与其他观测数据大致一致，但这个光谱的形状表明，超新星遗迹可能不是低能宇宙射线的主要加速器。
2009-01-08 astro-ph.HE
CTA and cosmic-ray diffusion in molecular clouds
分子云是宇宙射线相互作用的主要目标，预计这些相互作用的副产品会发出伽马射线。事实上，在HE和VHE伽马射线中探测到的几个伽马射线源（HE：100 MeV < E < 100 GeV; VHE：E > 100 GeV）已经直接或间接地与分子云有关。从观测到的γ射线信号中可以推断出局部扩散系数和局部宇宙射线粒子数的信息。在这项工作中，我们集中在即将到来的切伦科夫望远镜阵列天文台（CTA）提供这样的测量的能力。我们研究了云托管加速器的预期发射，探索不同模式的加速，源的年龄，云密度分布和宇宙射线扩散系数的参数空间。我们提出了一些最有趣的案例CTA关于这个科学主题。模拟的伽马射线通量强烈依赖于输入参数。在某些情况下，从CTA数据将有可能限制加速器的属性和宇宙射线在云中的传播模式。
2012-11-13 astro-ph.HE
Gamma rays from reaccelerated cosmic rays in high velocity clouds colliding with the Galactic disk
向盘运动的高速云将到达银河平面，并将不可避免地与盘碰撞。在这些碰撞中，产生了两个冲击系统，一个通过磁盘传播，另一个在云中发展。在这些相互作用中，云层内部产生的冲击具有每秒数百公里的速度。当这些冲击波是辐射性的时，它们在加速新粒子时可能效率不高，但是它们可以重新加速和压缩背景中的银河宇宙射线。在这项工作中，我们研究的相互作用的银河系宇宙射线在一个冲击的高速云，当冲击是由碰撞盘诱导。这项研究的重点是辐射冲击的情况下。我们的目标是确定在何种条件下这些相互作用导致显着的非热发射，特别是伽马射线。我们模拟宇宙射线的质子和电子的相互作用，再加速和进一步激励的冲击内的云压缩，在非常一般的假设。我们还考虑了宇宙线质子与云的物质碰撞时产生的次级电子-正电子对。我们的结论是，附近的云在局部冲击中重新加速银河系宇宙射线，可以产生高能辐射，可以用现有的和未来的伽马射线探测器探测到。电子和次级对产生的辐射在无线电波段很重要，在某些情况下，它可能与硬X射线有关。对于更高的能量，轻子贡献的光谱能量分布是显着的软伽马射线。
2021-11-01 astro-ph.HE
On the potential of the Cherenkov Telescope Array for the study of cosmic-ray diffusion in molecular clouds
分子云是宇宙射线相互作用的主要目标，预计这些相互作用的副产品会发出伽马射线。事实上，在HE和VHE伽马射线中探测到的几个伽马射线源（HE：100 MeV < E < 100 GeV; VHE：E > 100 GeV）已经直接或间接地与分子云有关。局部扩散系数和宇宙射线的人口信息可以从观测到的伽马射线信号推断。在这项工作中，我们将探讨即将到来的切伦科夫望远镜阵列天文台（CTA）提供这样的测量能力。我们调查的预期发射云托管加速器，测量参数空间的不同模式的加速，年龄的源，云密度分布，和宇宙射线扩散系数。我们提出了一些最有趣的案例CTA关于这个科学主题。模拟的伽马射线通量强烈依赖于输入参数。在几种情况下，我们发现，它将有可能约束的加速器的属性和宇宙射线在云中的传播模式，从CTA数据单独。
2013-01-22 astro-ph.HE
What causes the ionization rates observed in molecular clouds? The role of cosmic ray protons and electrons
宇宙射线通常被认为是紫外线和X射线光子无法穿透的分子云内部的主要电离剂。在这里，我们测试这个假设，限制自己的情况下，弥漫的云，并假设银河系内的平均宇宙射线光谱是等于一个在太阳的位置，由旅行者1号和AMS-02测量。为了计算云内的宇宙射线谱，我们求解了考虑平流、扩散和能量损失的一维输运方程。当粒子在云外扩散时，在其内部，它们被假设为沿着磁场线旋转，因为离子中性摩擦对阻尼所有的磁湍流是有效的。我们发现，电离损失有效地减少CR通量在云内部的能量低于$\approx 100$兆电子伏，特别是电子，在这样一种方式，电离率降低约2个数量级的损失被忽略的情况下。因此，预测的电离率比从分子线的检测推断的电离率小10倍以上。我们讨论了银河宇宙线光谱的空间波动和可能的低能宇宙射线的额外来源方面的影响，我们的发现。
2018-04-26 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
Interstellar dust charging in dense molecular clouds: cosmic ray effects
计算了冷密分子云典型特征区域的局域宇宙射线谱，研究了尘埃粒子带电的两种机制：粒子对超热宇宙射线电子和质子的收集，以及粒子在宇宙射线紫外辐射下的光电发射.这两种机制增加了传统的充电环境等离子体，在云中产生的CR。我们发现，CR诱导的光电发射可以显着修改亚微米颗粒的电荷分布函数。我们证明了所获得的结果的尘埃凝聚的重要性：虽然由周围的等离子体单独充电导致颗粒之间的库仑斥力，并抑制其进一步凝聚，与光电发射的组合提供了最佳的条件，在一定区域的云，对应于$\sim10^4$厘米$^{-3}$和$\sim10^6$厘米$^{-3}$之间的密度$n(\mathrm{H_2})$的大尘埃聚集体的生长。CR的充电效应是一般性质的，因此预计不仅在致密的分子云中，而且在原行星盘的上层和外部也会起作用。
2015-11-04 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Galactic Cosmic-Ray Induced Production of Lithium in the Small Magellanic Cloud
最近，在银河系以外的第一个锂探测是在小麦哲伦云的低金属量气体中进行的，这是预期的原始值水平。在任何环境中观察到的锂都有一部分是原始来源的，但总有一些后BBN（大爆炸核合成）的污染，因为锂也可以在宇宙射线与星际介质的相互作用中产生。利用涉及宇宙射线的过程产生锂的事实，但也通过中性π介子衰变的伽马射线，我们使用费米-LAT的小麦哲伦云伽马射线观测作出预测，在这个星系中的锂的量是由银河系宇宙射线在超新星遗迹中加速产生的。通过包括两个聚变过程，以及较重的原子核的溅射，我们发现银河系的宇宙射线可以产生非常少量的锂。对于锂同位素6（只能由宇宙射线产生），我们只能解释测量丰度的0.16%。如果这些宇宙射线确实是造成如此小的锂产量的原因，那么观测到的丰度可能是一些其他来源的结果，这在论文中进行了讨论。
2016-09-27 astro-ph.HE
Diffuse Galactic Gamma Rays from Shock-Accelerated Cosmic Rays
激波加速粒子通量\propto p^-s，其中p是粒子动量，这是从简单的理论考虑得出的，即在非相对论性激波下宇宙射线加速，然后依赖于刚性逃逸到星系晕中。当考虑核生产模型的不确定性时，s ~ 2.8的冲击加速宇宙射线质子通量提供了对高纬度和分子云气体的费米-LAT伽马射线发射谱的充分拟合。Neronov，Semikoz，& Taylor（PRL，108，051105，2012）在拟合高纬度分子云的伽马射线谱时声称宇宙射线质子谱的断裂是使用由动能的幂律描述的宇宙射线质子通量的结果。
2012-08-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Exclusion of cosmic rays from molecular clouds by self-generated electric fields
最近发现，在银河系的某些区域，宇宙射线（CR）丰度比以前认为的高出几个数量级。此外，有证据表明，在分子云信封，CR电离可能是由电子占主导地位。我们表明，高，电子占主导地位的电离区域，CR电子到分子云的渗透调制的电场，开发作为一个结果，他们存款。我们评估这种新的自调制机制的意义，并表明，CR渗透可以减少了几个到几百个高电离环境中，如银河系中心附近的因素。
2020-09-29 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
Can a cosmic ray carrot explain the ionization level in diffuse molecular clouds?
低能宇宙射线是分子云的主要电离剂。然而，已经表明，如果旅行者1号测量的宇宙射线谱代表整个银河系，那么扩散云中的预测电离率无法再现1-2个数量级的数据，这意味着必须存在额外的电离源。解释这种差异的解决方案之一是基于一种未知的低能量（在1 keV-1 MeV范围内，旅行者号没有探测到）宇宙射线成分的存在，在70年代由Reeves和合作者首次假设时称为胡萝卜。在这里，我们调查这种情况下所需的精力充沛。我们表明，维持这种低能量成分所需的能量与解释整个观测到的宇宙射线谱所需的能量相当，甚至更大。此外，如果星际湍流磁场必须通过二阶费米加速来维持胡萝卜，那么所需的湍流水平与在与如此低能量粒子共振的尺度下预期的湍流水平相比肯定太大了。我们的研究基本上排除了宇宙射线胡萝卜的所有可能来源，从而使这种隐藏的成分不太可能成为分子云中吸引人和可行的电离源。
2019-03-04 astro-ph.HE
High Latitude, Translucent Molecular Clouds as Probes of Local Cosmic Rays
我们分析了9个高纬度，半透明的分子云与费米大面积望远镜（LAT）之间的250兆电子伏和10 GeV的伽马射线发射。对伽马射线的观测使我们能够探测太阳附近宇宙射线的密度和光谱。研究的云位于距离太阳$\sim\!$ 270 pc的范围内，选自普朗克全天CO图。在这个能量范围内的伽马射线主要是由宇宙射线与星际介质的相互作用产生的，它由三种成分追踪：HI，CO和暗气体。每一片云都被探测到，并显示出分子气体发出的显著的、扩展的伽马射线。有些云的γ射线发射主要由CO发射气体控制，而有些云的γ射线发射主要由CO暗气体控制。HI的平均发射率和伽马射线幂律指数高于1 GeV，没有证据表明系统的变化。CO到H的$_2$转换因子显示在这个小的空间范围内云之间没有变化，但是在每个云内显示显著的变化。平均CO-到-H $_2$转换因子表明CO-暗气体是分子的，而不是光学厚的HI。
2015-03-17 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
Diffusive Versus Free-Streaming Cosmic Ray Transport in Molecular Clouds
了解宇宙射线（CR）电离率是至关重要的，以模拟动力学，并解释在分子云中观察到的化学物种。计算CR电离率需要准确的知识，在云的边缘，以及一个模型的CR传播到分子云的MeV到GeV质子的光谱。在分子云中传播CR的一些模型假设CR沿磁场线自由流动，而在其他模型中，它们由于介质中存在的MHD湍流激发的磁扰动的共振散射而扩散传播。我们讨论的条件下，CR扩散可以在分子云，计算本地CR光谱和电离率在两个自由流和扩散传播模型，并强调从两个模型的不同结果。我们还将这两个模型应用到通过ISM的传播中，以获得旅行者1号所看到的光谱，并表明这样的光谱有利于扩散传播模型。
2019-04-02 astro-ph.HE
Probing maximum energy of cosmic rays in SNR through gamma rays and neutrinos from the molecular clouds around SNR W28
银河系宇宙射线一般认为起源于超新星遗迹（SNRs），是由超新星遗迹膨胀驱动的超新星爆炸波中的扩散激波加速（DSA）过程产生的。宇宙线模型信噪比起源的一个关键问题是超新星激波中宇宙线粒子可获得的最大能量。最近有人提出，由于加速的宇宙射线引起的磁波的增长，在年轻的SNR中可能会发生激波处的有效磁场强度的放大，因此，SNR中宇宙射线所获得的最大能量可能达到膝能，而不是先前在正常磁场情况下预测的$\sim 200$ TeV。在目前的工作中，我们调查的影响TeV的伽马射线和中微子通量的分子云与SNR W28相互作用的最大能量的情况。作者计算伽马射线和中微子通量假设两个不同的值的最大能量达到宇宙射线在SNR，从CR在附近的分子云的相互作用。质子和原子核都被认为是加速粒子和靶物质。我们的研究结果表明，宇宙射线在信噪比的最大能量的问题，可以通过即将到来的伽马射线实验，大型高海拔空气簇射天文台（LHAASO）的观测解决。然而，从分子云中估计的中微子通量是目前/不久的将来一代中微子望远镜所无法达到的。
2019-05-18 astro-ph.HE
An OH(1720 MHz) Maser and a Nonthermal Radio Source in Sgr B2(M): A SNR--Molecular Cloud Interaction Site?
Sgr B2是银河系中心区域著名的恒星形成分子云复合体，显示出高能活动的证据，由6.4 keV的K $α$中性FeI线以及GeV和TeV的$γ$射线发射追踪。在这里，我们提出的VLA和GMRT的观测与各自的分辨率为$\approx3.5"\times1.2"$和25 $"\times25"$和报告的OH（1720 MHz）脉泽的检测，没有伴随的OH 1665，1667和1612 MHz脉泽发射。脉泽与Sgr B2（M）中的150 MHz非热射电源相吻合。这类罕见的OH（1720 MHz）脉泽或所谓的超新星遗迹（SNR）脉泽，没有主线跃迁，跟踪冲击气体和信号的相互作用，扩大SNR与分子云。我们解释的150兆赫的无线电源的SNR -分子气体相互作用或风-风碰撞在一个大规模的二元系统的网站。分子云和非热源的相互作用增强了宇宙线电离率，使宇宙射线扩散到云中，并产生了来自Sgr B2（M）的可变6.4 keV谱线、GeV和TeV $γ$ -射线发射。宇宙线电子与银河系中心气体的相互作用不仅可以解释宇宙线电离率和加热率的高值，而且还有助于产生非热韧致辐射连续谱，这与观测结果是一致的。
2016-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multiwavelength Probes of Cosmic Ray Transport in Molecular Cloud Structures
University College London（伦敦大学学院）；RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（理化学研究所先导研究本部）；The University of Tokyo（东京大学）；Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙线研究所）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（理化学研究所交叉理论数学科学中心）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Institute of Astronomy, National Tsing Hua University（国立清华大学天文研究所）；The University of Osaka（大阪大学）
研究多波长观测如何探测分子云及子结构中的宇宙射线传输，探讨宇宙射线在密集分子结构中的微物理机制，提出自洽框架分析三种传播场景，展示宇宙射线与密集气体的耦合增强及其对次级产率的影响。
2026-05-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Temperature spectra of interstellar dust grains heated by cosmic-rays I: translucent clouds
宇宙射线（CR）粒子对整个星际尘埃颗粒的加热通过促进颗粒表面的分子解吸、扩散和化学反应来影响分子云中的气体-颗粒化学。这种加热的频率$f_T$，s $^{-1}$，决定了对于被CR颗粒撞击的颗粒，达到一定温度$T_{\rm CR}$，K的频率。这项研究旨在为天体化学家提供全面和更新的数据集的CR诱导的全谷物加热。我们提出了计算的$f_T$和$T_{\rm CR}$光谱的裸橄榄石颗粒半径$a$为0.05; 0.1; 0.2 $μ$ m，并覆盖有厚度为0.1 $a$和0.3 $a$的冰幔这样的颗粒。晶粒形状和结构的影响被认为是，以及30 CR元素成分与更新的能谱对应的半透明云与$A_V=2$镁。能量沉积由CRs在晶粒材料计算与SRIM程序。我们报告了所有9种晶粒类型的完整$T_{\rm CR}$谱，并考虑了10 K和20 K的初始晶粒温度。我们还提供了一系列最小$T_{\rm CR}$值的频率。计算的数据集可以简单而灵活地在天体化学模型中实现。结果表明，在半透明云的情况下，目前采用的速率加热整个谷物的温度超过70 K被低估了约两个数量级的天体化学数值模拟。此外，谷物被CRs加热到适度的温度（20- 30 K），间隔几年，这降低了冰化学爆炸的可能性。
2016-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining the cosmic-ray ionization rate and their spectrum with NIR spectroscopy of dense clouds -- A test-bed for JWST
低能量宇宙射线（CR）控制着恒星形成的致密分子云中的热化学状态以及气体和磁场之间的耦合。然而，目前对低能CR谱（$E \lesssim 1$ GeV）和相关CR电离率的估计是高度不确定的。我们申请，第一次，一个新的方法来约束CR电离率和CR光谱形状使用H $_2$振转线冷分子云。利用MMT上的MMIRS仪器，我们获得了四个致密岩心G150，G157，G163，G198中六个位置的深近红外（NIR）光谱，柱密度为$N_{\rm H_2} \approx 10^{22}$ cm $^{-2}$。对于不同的目标，我们在$I = 5.9 \times 10^{-8}$到$1.2 \times 10^{-7}$的范围内推导出H $_2$ $(1-0)$ S（0）线（2.22 $μ$ m）亮度的3个$σ$上限。使用CR传播的分析模型和数值模型，我们将这些转换成上限的CR电离率在云的内部，$ζ= 1.5$到$3.6 \times 10^{-16}$的$^{-1}$，和低能量的星际CR质子，$α= -0.97$到$-0.79$的光谱斜率的下限。我们表明，虽然MMT由于高大气噪声而无法检测到H $_2$线，但JWST/NIRSpec将能够有效地检测CR激发的H $_2$线，使其成为约束其他难以捉摸的低能量CR的理想方法，揭示CR的来源和传播模式。
2022-01-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma-Ray Emission from Molecular Clouds Generated by Penetrating Cosmic Rays
我们分析了宇宙射线（CR）渗透到分子云的过程和由此产生的伽马射线发射。由于自激MHD湍流的存在，云内CR的密度在较低能量下被耗尽。消耗取决于云的有效气柱密度（“大小”）。我们考虑两种不同的环境中，预计将观察到的耗尽效应。对于中心分子区，CR能量耗尽的预期范围为$E\lesssim 10$ GeV，导致伽马射线通量耗尽低于$E_γ\approx 2$ GeV。这种效应对于解释银河系中心的GeV伽马射线过剩非常重要，这已经从CR传播的标准模型中揭示出来（假设云内的CR光谱与星际光谱相等）。此外，最近对一些局部分子云的观测表明γ射线发射的耗尽，表明穿透低能CR的可能自调制。
2018-10-13 astro-ph.HE
Hard spectrum of cosmic rays in the Disks of Milky Way and Large Magellanic Cloud
当地测量的宇宙射线光谱的斜率从2.8（能量低于200 GeV的质子）到2.5（能量在TeV-PeV范围内的重核）不等。目前尚不清楚局部测量的斜率值是否代表银河系宇宙射线的总体斜率值，以及宇宙射线光谱的斜率是否在整个银河系中变化。本文利用费米空间γ射线望远镜的观测数据，导出了宇宙射线谱在银盘上的斜率，并与大麦云云的宇宙射线谱进行了比较。一个特殊的背景估计区域的选择，使我们能够挑选出中性π衰变的伽马射线通量的能量范围内超过10 GeV的成分，并将其从（a）从太阳系周围的本地星际介质的发射和（b）从宇宙射线电子产生的逆康普顿发射。结果在10 GeV - 1 TeV的能带中，银河系盘的π衰变γ射线辐射的光谱斜率为2.4。没有证据表明斜率随银河系经度/距银河系中心的距离而变化。从伽马射线数据得到的宇宙射线谱的斜率为2.45，比当地观测到的宇宙射线质子谱的斜率更硬。从具有相同硬斜率的宇宙射线的幂律分布中发射的π介子衰变也提供了与大麦云的伽马射线谱的拟合。银河系和大麦云云中宇宙射线光谱的相同和硬斜率与一个简单的理论模型相一致，在该模型中，宇宙射线是通过冲击加速注入的，其光谱斜率为2. 2.1然后再修改1/3... 1/2是由宇宙射线通过湍流的银河系磁场的能量依赖性逃逸造成的。
2015-05-28 astro-ph.HE
Tracing the propagation of cosmic rays in the Milky Way halo with Fermi-LAT observations of high- and intermediate-velocity clouds
能量至少达到PeV的宇宙射线通常在一个基本场景的框架中描述，该场景涉及位于银河系盘中的物体（如超新星遗迹或大质量恒星形成区）的加速，然后在整个银河系中扩散传播。到目前为止，传播过程的细节主要是从地球附近测量的宇宙射线的成分推断出来的，然后再外推到整个银河系。关于在星系晕中的传播和逃逸到星系际介质中的细节仍然不确定。特定位置的宇宙射线的密度可以通过它们与星际气体云发生非弹性碰撞时产生的伽马射线来追踪。因此，我们分析了73个月的费米-LAT数据从300 MeV到10 GeV的方向上的几个高，中速云，位于银河系的晕。这些云应该没有内部的宇宙射线源，因此任何从它们发射的伽马射线都是银河系宇宙射线大规模分布的样本。我们第一次评估的伽玛射线发射率每氢原子高达~7千秒差距以上的银河系盘。发现辐射率随着与盘的距离而减小，这提供了相关能量的宇宙射线起源于其中的直接证据。此外，其中一个目标的发射率，上中速拱，暗示在2 kpc的磁盘内宇宙射线强度下降了50%。
2015-07-13 astro-ph.HE
SNRs W28 and W44: old cosmic ray accelerators in molecular clouds
用非线性扩散激波加速模型研究了老超新星遗迹W28和W44中的粒子加速。我们模拟了残余物的流体动力学演化、激波修正和加速粒子产生的流动不稳定性。与现有的无线电和伽马射线数据的比较。
2017-01-15 astro-ph.HE hep-ph
Theoretical study of ionization profiles of molecular clouds near supernova remnants: Tracing the hadronic origin of GeV gamma radiation
背景：几年来，在伽马射线中探测到了与分子云相关的超新星遗迹的特征。这些伽马射线是由宇宙射线电子还是宇宙射线质子产生的通常是未知的。强子电离信号与伽马射线信号在空间上的重合可以帮助我们明确地识别超新星遗迹是宇宙射线质子的来源。研究方法：为了计算强子签名从宇宙射线诱导电离的检查所观察到的伽马射线的起源，宇宙射线质子在分子云中传播的输运方程，包括相关的动量损失过程，解析求解和质子通量在云中的任何位置被确定。结果：由于输运方程的解是针对任意源函数得到的，因此它可以用于各种超新星遗迹。相应的理论电离率，作为穿透深度的函数，推导和比较光致电离配置文件中的案例研究与四个超新星遗迹与分子云。三个遗迹显示出明显的优势强子诱导电离率，而对于一个遗迹，X射线发射似乎占主导地位的一个因素的10。结论：这是第一次推导宇宙线诱导电离的位置相关轮廓与任意宇宙线源光谱的解析解。宇宙射线诱导的电离必须与强X射线源的X射线电离进行比较。对于由宇宙射线诱导的电离主导的源（例如，W49 B），电离剖面可以在未来用于映射强子伽马射线的空间结构和宇宙射线质子诱导的旋转振动线，帮助识别强子宇宙射线的来源。
2014-07-14 astro-ph.HE
Molecular Clouds as a Probe of Cosmic-Ray Acceleration in a Supernova Remnant
我们研究了超新星遗迹（SNR）中的宇宙射线加速及其逃逸。我们模拟了疏散星团Westerlund 2中隐藏的SNR和老年混合形态SNR W 28的非热粒子和光子谱。我们假设SNR冲击波在低密度空腔中传播，该空腔是通过祖星和/或以前的超新星爆炸的活动产生和加热的。我们指出，宇宙射线的扩散系数周围的SNR是小于1%的远离他们。我们将我们的预测与宇宙射线（费米和H.E.S.S.）照射的分子云的伽马射线谱进行比较。我们发现粒子的光谱指数约为2.3。这可能是因为粒子在Sedov阶段结束时被加速，并且因为粒子的能量依赖性逃逸和传播对光谱没有太大影响。
2009-11-25 astro-ph.HE
Interaction between Molecular Clouds and MeV-TeV Cosmic-ray Protons Escaped from Supernova Remnants
最近在几个超新星遗迹（SNRs）周围发现的X射线中性铁线（Fe I Kα，6.40 keV）表明，MeV宇宙线（CR）质子分布在SNRs周围，并与那里的中性气体发生相互作用。我们建议，这些兆电子伏的CR是那些已被加速的SNR与GeV-TeV的CR。在我们的分析模型中，当SNR与分子云碰撞时，MeV的CR仍然被限制在SNR中。碰撞后，MeV的CRs泄漏到云中，产生中性铁线辐射。另一方面，GeV-TeV的CR已经从SNRs中逃逸出来，并通过与SNRs周围的分子云相互作用发射伽马射线。我们将这个模型应用于信噪比W28和W 44，并表明它可以重现铁线强度和γ射线谱的观测。这可能是另一个支持的强子方案的伽马射线发射从这些SNR。
2019-08-23 astro-ph.HE
Intrusion of MeV-TeV Cosmic-Rays into Molecular Clouds Studied by Ionization, the Neutral Iron Line, and Gamma-Rays
低能（~MeV）宇宙射线（CR）使分子云破裂，并在6.4 keV产生中性铁线（Fe I Kα）。另一方面，高能量（>~ GeV）的CR与稠密的云气体相互作用并产生伽马射线。基于一维模型，我们研究了气体电离率，6.4千电子伏线通量，和伽马射线辐射的分子云照射的CR加速在相邻的超新星遗迹之间的空间相关性。我们发现，这三个可观的空间分布依赖于CR如何侵入云和云的内部结构。如果入侵是由缓慢的扩散，6.4千电子伏的线应检测到周围的云边缘电离率高。另一方面，如果CR在云中自由流动，则应观察到伽马射线发射的6.4 keV线。在前者中，负责6.4keV线的CR的冷却时间短于它们的云穿越时间，而在后者中则相反。虽然我们比较的结果与观察，我们不能得出结论，是否扩散或自由流是占主导地位的实现。我们的预测可以通过未来的X射线任务（如XRISM和Athena）以及对覆盖更广泛领域的电离率的观测进行更详细的检查。
2021-02-18 astro-ph.HE
Runaway stars as cosmic ray injectors inside molecular clouds
巨分子云（GMC）是一种新的伽马射线源，是宇宙射线（CR）的目标--无论是否局部加速。这些星云中有非常年轻的星团，在那里有大量的恒星形成。最终，一些恒星被从星团中弹射出来，成为逃逸恒星。这些恒星以超音速穿过星云，并形成弓形激波，粒子可以被加速到相对论能量。因此，弓形激波呈现非热辐射，并将相对论质子注入云中。这些质子在GMC中扩散，与物质相互作用。我们提出了一个模型的非热辐射所产生的质子和次级对加速在大规模离家出走的恒星在年轻的GMC弓激波。我们解决了运输方程的初级质子和次级对恒星通过云移动。我们目前的非热辐射率地图在无线电和伽马射线作为时间的函数。我们得到了$\sim$ ${ 10^{32}}$ erg~s $^{-1}$和γ射线光度$\sim$ $10^{34}$ erg~s $^{-1}$的X射线光度。我们的结论是，在某些假设下，相对论质子从大质量逃逸恒星与GMC中的物质相互作用，产生扩展的非热源。
2014-12-19 astro-ph.HE
Search for enhanced TeV gamma-ray emission from Giant Molecular Clouds using H.E.S.S
宇宙射线（CR）与巨分子云（GMC）内的致密气体相互作用产生中性π介子，后者又衰变为伽马射线。因此，GMC的γ射线辐射是宇宙射线密度和云内物质密度的直接示踪剂。GMCs增强TeV发射的检测，即，一个发射明显大于预期的平均银河宇宙射线照射云，可能意味着在本地宇宙射线密度的变化，由于，例如，最近的加速器在云附近的存在。这样的伽马射线观测对于探测银河系中的宇宙射线分布至关重要，但使用当代成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）执行起来很复杂。这些研究需要区分强宇宙线诱导背景、大尺度漫发射和来自云的发射，这对于当前一代IACT的小视场来说是困难的。在本文中，我们使用H.E.S.S.收集了超过16年的数据，以寻找我们银河系内分子半乳糖中心环中GMCs的TeV发射。我们实现了一个3D的FoV似然技术，并同时模拟强子背景，银河漫发射和预期从已知的VHE源探测过量TeV的伽马射线发射GMCs的发射。
2021-08-03 astro-ph.HE
