Compton-induced HE -- VHE $γ$-rays from pair cascade emissions in the SEDs of radio galaxies: NGC 1275
University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences（国家理论与计算科学研究所）
本研究用蒙特卡洛模拟喷流γ射线在磁化AGN环境中的对级联辐射，拟合NGC 1275的SED，发现随机级联可重现宽带谱，并揭示吸积盘与BLR光子作用及磁场对级联谱的影响。
2026-09-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Influence of extragalactic magnetic fields on extragalactic cascade gamma-ray emission
讨论了河外磁场对超高能宇宙射线在河外空间传播的电磁级联中产生的γ射线辐射强度的影响。宇宙射线和级联粒子都主要从星系、星系团和相对体积较小的大尺度结构中传播。因此，它们的磁场对级联中产生的发射影响很小。然而，当我们知道河外伽马射线背景的成分，包括级联伽马射线发射时，对这种影响的估计可能有助于寻找暗物质粒子。为了研究磁场对级联辐射的影响，我们分析了宇宙粒子在~10^（-6）和10^（-12）G的磁场中的传播（前者是典型的星系和星系团内部，后者常见于空洞和星系和星系团外部）。在~10^7-10^9 eV的范围内，级联γ射线发射的计算光谱是相似的。因此，在这个范围内分析级联辐射，不需要指定河外磁场的模型。
2022-11-10 astro-ph.HE
Disentangling Hadronic and Leptonic Cascade Scenarios from the Very-High-Energy Gamma-Ray Emission of Distant Hard-Spectrum Blazars
最近来自\emph{Fermi}大面积望远镜的数据揭示了大约十几个遥远的硬光谱耀变体，它们具有与它们相关的极高能量（VHE; $\gtrsim 100$ GeV）光子，但其中大多数尚未被成像大气切伦科夫望远镜探测到。这些高能伽马射线光谱中的大多数，像其他极端高频峰值BL Lac天体的光谱一样，可以很好地解释为在源处发射的伽马射线或由超高能宇宙射线引起的级联，正如我们专门为KUV 00311 $-$ 1938所展示的那样。我们考虑了计划中的切伦科夫望远镜阵列（CTA）检测VHE源的前景，并展示了它如何通过测量样本中具有$z \lesssim 1$的几个光源的$\sim 500$ GeV以上的积分通量（取决于源红移）来区分这两种情况。超高能宇宙射线起源的强有力证据可以从CTA的VHE观测中获得。根据红移，如果经常引用的KUV 00311-1938（$z = 0.61$）的红移是可信的，那么初步的H.E.S.S.数据支持由超高能宇宙射线引起的级联。硬光谱耀变体的精确红移测量对于这项研究至关重要。
2013-06-02 astro-ph.HE
Neutrino and Cascade Gamma-Ray Emission from Magnetized Turbulent Coronae in Seyfert Galaxies
Qinghai Normal University（青海师范大学）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；Ludong University（鲁东大学）；Lanzhou University（兰州大学）
本文假设塞弗特星系冕区磁化湍流加速质子产生高能中微子和伽马射线，揭示了中微子与X射线光度的关系，并提出MeV伽马射线可作为检验强子冕模型的关键多信使探针。
2025-11-01 astro-ph.HE
The Role of Plasma Instabilities in the Propagation of Gamma-Rays from Distant Blazars
近年来，对遥远耀变体的GeV波段观测已被用于限制河外背景光（EBL）和河外磁场（EGMF）。为了支持这种说法，我们必须假设耀变体伽马射线引发的电磁级联的轻子分量被足够强的EGMF偏转，从而抑制了费米窗口中的信号。除了磁场，这种级联的发展可能受到等离子体不稳定性的影响，由于与星系际介质（IGM）的电离成分的相互作用。在本文中，我们通过一个蒙特卡罗模拟，其中这两种效果分别考虑到电磁级联模型，我们从合并的费米-HESS数据集得出这些情况下的约束。在1 ES 0229+200观测的特定情况下，我们表明，这两种解释的GeV通量抑制与现有的数据是兼容的，特别是通过假设磁场的$B \gtrsim 10^{-16}\,\rm{G}$或IGM温度的$T \lesssim 5 \times 10^{4}\,\rm{K}$沿视线。未来对高红移（$z\lesssim 1$）TeV天体光谱的观测将有助于区分磁场和等离子体对IGM电磁级联的影响。
2013-11-26 astro-ph.HE
Studying cosmic ray sources using intergalactic electromagnetic cascades
本文用星系间电磁级联作为宇宙线源的探测器。这是如下实现的。在河外空间，宇宙射线引发电磁级联，其中产生伽马射线和中微子发射。我们利用宇宙射线数据的联合分析，以及河外伽马射线和中微子的发射，研究粒子加速附近的超大质量黑洞。粒子注入谱依赖于粒子的加速过程，在这里我们讨论各种注入谱的模型。使用公开提供的TransportCR代码计算了宇宙射线在空间的传播。科学家发现，可能存在一种新的来源，这种来源对地球上的粒子通量没有贡献，而是对电磁级联中产生的伽马射线和中微子发射有贡献。此外，还导出了被超强磁场包围的“奇异”超大质量黑洞的相对个数的上限。
2022-11-29 astro-ph.HE
Modeling the three-dimensional pair cascade in binaries. Application to LS 5039
LS 5039是一个发射高能和极高能伽马射线的星系双星系统。伽马射线通量调制的轨道周期和TeV的光曲线形状的光子-光子湮灭。所观察到的非常高的能量调制可以用一个简单的轻子模型来重现，但无法解释HESS在超级合点检测到的通量，在那里伽马射线被完全吸收。来自电子-正电子对级联的贡献可能是强的，并且在优合处超过初级通量。所产生的电子对可以通过磁场各向同性化，从而产生三维级联。本文的目的是研究LS 5039中这对级联的γ射线辐射。这个附加的分量可以解释系统中上合点的HESS观测。本文提出了一种计算三维级联辐射的半解析和蒙特卡罗方法，并应用于双星系统。三维级联辐射在TeV光变曲线中的每个轨道相位都有显着的贡献，并且在接近高级结合处占主导地位。伽马射线调制的振幅在轨道倾角约为40度时能正确地再现。初级对应该被注入接近紧凑的对象的位置，否则调制的形状没有解释。此外，X射线中级联的同步加速器发射将环境磁场限制在10 G以下。在LS 5039中，HESS观测到的TeV通量可以用三维对级联辐射来解释，但在低通量下的极高能谱仍难以解释。
2010-06-14 astro-ph.HE
VHE Gamma-Ray Induced Pair Cascades in Blazars and Radio Galaxies: Application to NGC 1275
最近HESS、MAGIC和VERITAS对耀变体的探测表明，即使不是所有类型的耀变体，也可能产生极高能（VHE，E > 100 GeV）的伽马射线，包括那些拥有强烈环核辐射场的耀变体。在本文中，我们研究了核VHE γ射线与周围辐射场的相互作用，通过γ-γ吸收和对的产生，以及随后的康普顿支持的对级联。我们已经开发了一个Monte-Carlo代码来跟踪级联在全三维几何形状中的空间发展，并计算由于级联的辐射输出作为相对于初级VHE伽马射线束（大概是blazar的射流轴）的视角的函数。我们表明，即使是相对较弱的磁场，级联可以有效地各向同性，导致大量的离轴级联发射峰值附近的射电星系在费米能量范围内可检测的水平。我们证明，这种情况下可以解释费米通量和频谱的射电星系NGC 1275。
2010-05-13 astro-ph.HE
Intergalactic electromagnetic cascade component of observable blazar emission
来自星系际级联的次级γ射线可能对耀变体的可观测光谱有贡献，也改变了可观测的角度和时间分布。本文简要地回顾了星系际电磁级联物理的基本特征，提出了一种新的γ射线平均自由程近似，考虑了磁展宽级联辐射的角模式，并给出了一个与可观测的blazar谱拟合的例子。
2020-10-10 astro-ph.HE
Contribution to the Extragalactic Gamma-ray Background from the Cascades of Very-high Energy Gamma Rays
当非常高能量的光子通过河外背景光（EBL）传播时，它们与软光子相互作用，并引发低能量光子和电子的电磁级联。在极高能量（VHE）下发射的宇宙学布居的集体强度将在最高能量处通过与EBL的相互作用而衰减，并在较低能量处通过所产生的级联而增强。我们计算了由耀变体产生的VHE光子产生的级联辐射，并研究了级联对耀变体集体强度的影响以及由此产生的对河外γ射线背景的影响。我们发现，级联辐射大大提高了集体强度从耀变体在高能量之前，由于衰减翻转。由此产生的功能的突出性取决于耀变体伽玛射线光度函数，光谱指数分布，和EBL的模型。我们还计算了blazar，BL Lacertae对象（BL Lacs）和平谱射电类星体（FSRQs）的不同光谱子种群的级联辐射，发现BL Lacs的集体强度比FSRQs的级联辐射大大增强，由于其更硬的光谱。因此，研究blazar贡献的EGRB费米将有深远的影响的性质的EBL，blazar的演化，blazar光谱。
2009-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Indications for a cascade component in γ-ray blazar spectra
我们提出了一个非常简短的概述，最近的一些选定的耀变体的伽马射线观测，揭示了一个相当大的，甚至占主导地位的贡献的二次伽马射线从电磁级联的可观察到的光谱在1-500 GeV的能量范围内的指示。
2017-01-03 astro-ph.HE
Contribution to the Extragalactic Gamma-ray Background from the Cascades of Very-high Energy Gamma Rays from Blazars
当甚高能量（VHE）光子通过河外背景光（EBL）传播时，它们与软光子相互作用，并引发较低能量光子和电子的电磁级联。在VHE处发射的宇宙学布居的集体强度将在最高能量处通过与EBL的相互作用而衰减，并在较低能量处通过所产生的级联而增强。我们计算了由耀变体产生的VHE光子产生的级联辐射，并研究了级联对耀变体集体强度的影响以及由此产生的对河外γ射线背景的影响。我们发现，级联辐射大大提高了集体强度从耀变体在高能量之前，由于衰减翻转。由此产生的功能的突出性取决于耀变体伽玛射线光度函数，光谱指数分布，和EBL的模型。我们还计算了Blazar，BL Lacertae（BL Lacs）对象和平坦光谱射电类星体（FSRQs）的不同光谱子种群的级联辐射，发现BL Lacs的集体强度比FSRQs的级联辐射大大增强。最后，我们讨论了这种分析和即将到来的费米观测的EBL的性质，耀变体的演化，耀变体光谱和其他伽马射线辐射源的影响。
2010-01-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gamma-ray signatures from pair cascades in recombination-line radiation fields
blazar喷流中的超相对论电子束与周围的软光子相互作用形成对级联。采用带有逃逸项的耦合动力学方程，我们模拟了不饱和对级联光谱。我们假设伽马射线主要是从吸积盘和喷流的辐射光致电离的云中散射复合线光子。级联谱对与耀变体的短时变相关的硬电子谱的注入相当不敏感。采用Markarian 501和3C 279的物理参数代表，分别，我们数值计算得到的光谱能量分布显示出明显的特征印记的复合线光子。MAGIC望远镜在2014年7月的一次强X射线通量活动中探测到的Markarian 501光谱中~3 TeV处的一个特殊特征的暗示，可以在这种情况下解释为束电子对线光子的上散射和低的成对产生光学深度。从2018年1月开始检查3C 279的高保真费米-LAT光谱，发现光谱中的波谷与伽马射线与复合线光子碰撞产生对的阈值能量一致，并且没有指数衰减。我们的发现意味着3C 279中的γ射线从宽发射线区域的边缘逃逸。
2021-08-05 astro-ph.HE
Pair Cascades at the Edge of the Broad-Line Region Shaping the Gamma-Ray Spectrum of 3C 279
耀变体3C 279发射出的伽马射线通量在时间尺度上是可变的，其时间尺度短至光穿过其中心黑洞的事件视界的时间。通常的报道是，光谱能量分布（SED）没有显示出对衰减的迹象，由于伽马射线与周围的紫外光子的相互作用，得出的结论是，伽马射线必须起源于宽线区域（BLR）以外的射流中的子结构。我们解决的光谱签名印记的原子发射线的γ射线光谱产生的逆康普顿对级联的光子场的BLR。利用MJD 58129 - 58150的费米大面阵望远镜数据，高精度地测定了3C 279的γ射线自相关谱，并模拟了三种不同注入项下的对级联谱。得到了与观测数据的满意拟合。所获得的SED显示的特征印记对生产原子发射线光子由于光学厚辐射传输，但缺乏进一步的指数衰减预期，如果发射区域将深埋在BLR。3C 279的SED与没有指数外部对吸收的逆康普顿对级联光谱一致。我们的研究结果支持了3C 279的伽马射线发射起源于BLR边缘的观点。
2021-08-02 astro-ph.HE
A generalized study of linear electromagnetic cascades in astrophysical sources
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波蒂斯特里安大学）
研究天体源中伽马射线与周围光子相互作用产生的电磁级联，探讨同步辐射主导条件下的通用光谱形成机制及出现条件。
2025-11-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Explaining muon excess in cosmic rays using the gluon condensation model
本文引入胶子凝聚模型（GC model）并使用AIRES引擎模拟，通过增加首次碰撞中的奇异性产生以提高K介子比例，减少向电磁级联的能量转移，从而解释广延空气簇射中观测到的μ子超出难题。
2024-08-26 astro-ph.HE
On the common origin of cosmic rays across the ankle and diffuse neutrinos at the highest energies from low-luminosity Gamma-Ray Bursts
我们证明了低亮度伽马射线暴（LL-GRB）喷流核级联中产生的超高能电子回旋共振（UHECR）可以描述UHECR的谱和成分，同时也可以描述最高能量处的扩散中微子通量。源中的辐射密度同时控制着中微子的产生和核级联的发展，导致核子和轻核的通量，甚至描述了$5 \times 10^{18}$ eV的宇宙线踝。导出的源参数是一致的人口研究，表明重子加载因子约为10。我们的研究结果激发了LL-GRB作为一个独特的GRB人口的持续实验搜索。
2019-01-16 astro-ph.HE
Observable spectral and angular distributions of $γ$-rays from extragalactic ultrahigh energy cosmic ray accelerators: the case of extreme TeV blazars
来自河外宇宙射线源的超高能质子和原子核引发了星系间的电磁级联，导致在GeV-TeV能量域中可观测到的$γ$射线通量。这种强子性质的级联$γ$射线的总光谱比通常预期的耀变体的光谱要硬得多。一些被称为“极端TeV耀变体”的源的光谱可以很好地用这个“星系际强子级联模型”（IHCM）来描述。我们计算了可观测到的点状谱的形状，以及观测到的$γ$射线的角分布，首次考虑到初级质子偏转的影响，在细丝和星系团的河外磁场假设Dolag等人（2005）的模型。我们目前的宽度估计的可观察到的$γ$射线角分布来自简单的几何考虑。我们还采用了混合代码来计算可观测的光谱和角分布的$γ$射线。在多TeV能量下可观察到的点状光谱比在所有可观察角度值上平均的光谱要软得多。在IHCM的框架内，极端TeV耀变体的可观测光谱中存在高能截止，这将大大促进未来对新物理过程的研究，这些过程将增强宇宙中$γ$射线的明显透明度（例如，$γ\rightarrow ALP$振荡）。可观测角分布的宽度大于或相当于下一代$γ$射线望远镜的点扩散函数的范围。
2021-05-21 astro-ph.HE
Combining IceCube Muon Tracks and Cascades to measure the Galactic Diffuse Neutrino Flux
本文提出结合冰立方缪子径迹与级联事件，利用前向折叠分箱似然拟合测量银河系弥散中微子通量，以提升灵敏度并区分模型。
2025-07-08 astro-ph.HE
Inverse Compton Cascades in Pair-Producing Gaps: Effects of Triplet Pair Production
逆康普顿对级联是在伽马射线被周围的软光子场吸收以产生相对论对时启动的，相对论对又向上散射相同的软光子以产生更多的伽马射线。如果康普顿散射发生在深层的克莱因-西那机制中，那么三重态对产生（$eγ_b \rightarrow ee^{+}e^{-}$）就变得相关，甚至可能调节级联的发展。我们研究了在加速能隙中产生三重态对的对-康普顿级联的性质，即，具有未屏蔽电场的区域。利用粒子演化的输运方程方法，计算了在黑体和幂律环境光场中，对级联的增长率随加速电场的变化。由数值结果，我们推导出简单的解析表达式的峰值增长率和相应的电场。我们表明，对于某些参数，这可以实现在附近的吸积超大质量黑洞在活动星系核的中心，对级联可以很好地调节由逆康普顿散射在深Klein-Nishina制度和三重态对生产。我们提出了指示性的例子逃逸的伽玛射线辐射的差距，并讨论我们的结果中的应用TeV观测射电星系M87。
2019-08-05 astro-ph.HE
Nuclear and electromagnetic cascades induced by ultrahigh-energy cosmic rays in radio galaxies: implications for Centaurus A
本文开发了自洽耦合核级联与电磁级联的UHECR输运数值程序，以半人马座A为对象定量研究其大型喷流中UHECR原子核与光子场作用产生的VHE γ射线信号，证明中等质量核主导时地面望远镜有望探测到该信号。
2023-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
TeV Gamma-rays from accreting magnetars in massive binaries
我们考虑大质量双星系统中磁星型的中子星。我们确定的条件下，从恒星风的物质可以穿透磁星的内磁层。在离NS表面一定距离处，磁压可以平衡吸积物质的重力压力，从而产生非常湍流的磁化过渡区。这一区域为电子加速到相对论能量提供了良好的条件。这些电子在同步加速器过程和附近大质量恒星伴星辐射的逆康普顿（IC）散射中失去能量，产生高能量的X射线辐射，最高可达$\sim$ TeV $γ$射线。初级$γ$射线被恒星辐射进一步吸收，形成IC $e^\pm$对级联.我们计算了初级电子和次级$e^\pm$对的同步辐射X射线辐射和级联过程的IC $γ$射线辐射。结果表明，TeV $γ$射线双星系统LSI +61 303在X射线和TeV $γ$射线能量范围内的准同时观测可以用这种吸积磁星模型来解释。
2009-01-04 astro-ph.HE
Novel Search for TeV-Initiated Pair Cascades in the Intergalactic Medium
耀变体的TeV辐射可以用来探测星系际磁场，测量其强度、相干长度和螺旋度。星系际磁场使来自耀变体的超高能伽马射线产生的电子-正电子对发生偏转，导致沿耀变体喷流投射方向发展的级联伽马射线束变宽。我们提出了一个分析，首次使用的喷流方向的12个高同步加速器峰值（HSP）BL~ Lac型耀变体VLBA射电观测搜索的签名对晕的费米LAT数据。我们的搜索提高了以前的研究的灵敏度，考虑到对晕的不对称性，增加了信号噪声和减少系统学的可能性，在确定的点扩散函数。虽然没有显着的检测，与全球意义的2 $σ$的偏移晕的提示被发现在$30-300$ GeV的能量范围内，对应于星系际磁场与$\sim 10^{-15}$高斯，从先前的研究使用堆叠HSP BL紫胶天体推断的字段一致。
2018-11-12 astro-ph.HE
Gamma-Ray and Neutrino Backgrounds as Probes of the High-Energy Universe: Hints of Cascades, General Constraints, and Implications for TeV Searches
费米和冰立方最近对各向同性扩散背景的观测使我们能够更深入地了解遥远的甚高能（VHE）和超高能（UHE）伽马射线/中微子发射体，包括宇宙射线加速器/源。首先，我们根据最新的费米数据研究了γ射线和/或宇宙射线（CR）引起的星系际级联对弥散γ射线背景（DGB）的贡献。我们从费米数据远高于衰减幂律预期的事实中确定了可能的VHE过量，并表明VHE伽马射线（高于~10 TeV）和/或VHECR（低于~10^19 eV）引起的级联可能对~100 GeV以上的DGB有显著贡献。级联的相关性也是由极端TeV耀变体，如1 ES 0229+200，这表明非常硬的内禀光谱的星系间级联解释的动机。这加强了未来详细VHE DGB测量的重要性。然后，更保守地，我们得出的高能伽马射线和中微子的宇宙能量预算的基础上，最近费米和冰立方观测河外背景辐射的一般约束。我们证明了这些多信使约束是有用的，中微子限制是非常强大的VHE/UHE强子源。此外，我们显示了未来成像大气切伦科夫望远镜阵列，如切伦科夫望远镜阵列的单个源调查的约束的重要性，并证明了级联假说的VHE DGB可以通过寻找遥远的发射级联伽马射线进行测试。
2012-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gamma-rays from black hole coronae: disentangling the leptonic and hadronic contributions
Astroparticule et Cosmologie, CNRS（法国国家科学研究中心天体粒子与宇宙学研究所）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Centre for mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven（荷语鲁汶大学数学系数学等离子体天体物理中心）
本研究结合辐射动力学模拟与强子级联预测，区分黑洞冕伽马射线的轻子与强子贡献，发现轻子主导MeV波段，并获COSI可探测性及观测支持。
2026-10-08 astro-ph.HE
Simulation of combined radio and radar signals at the Radar Echo Telescope for Cosmic Rays
Radboud University（拉德堡德大学）；Université libre de Bruxelles (ULB)（布鲁塞尔自由大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Kansas（堪萨斯大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）
为探索高能中微子天文学，开发RET-CR评估雷达探测冰中粒子级联技术可行性。本文展示首个联合模拟软件包及研究，表征RET-CR冰中接收器处联合无线电和雷达信号，描述模拟框架并讨论信号特征。
2026-07-29 astro-ph.HE
The Radar Echo Telescope for Cosmic Rays: Pathfinder Experiment for a Next-Generation Neutrino Observatory
宇宙射线雷达回波望远镜（RET-CR）是最近启动的一项实验，旨在通过冰内雷达探测宇宙射线引发的空气簇射的冰内级联，以实现全面的下一代实验的目标，以探测极地冰中的超高能中微子。对于初级能量大于10 PeV的宇宙射线，大约10%的空气簇射能量到达高海拔冰盖（$\gtrsim$ 2 km）的表面，集中在大约10 cm的半径内。这个穿透性的簇射核心产生了比前面的空气中的级联密度大许多数量级的冰中级联。这种密集的级联可以通过雷达回波技术检测到，其中发射的无线电被级联尾流中留下的电离沉积物反射。RET-CR将在自然界中测试雷达回波方法，用宇宙射线引发的空气簇射的冰内级联作为测试光束。我们提出了预测的事件率和灵敏度的基础上，使用CORSIKA，GEANT 4，和RadioScatter的三部分模拟。RET-CR预计每天有$\sim$ 1次雷达回波事件。
2022-01-03 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Constraining Very Heavy Dark Matter Using Diffuse Backgrounds of Neutrinos and Cascaded Gamma Rays
我们认为，从最近的费米伽马射线和冰立方中微子观测各向同性背景辐射的超重暗物质（VHDM）的多信使约束。扩散伽马射线背景（DGB）的费米数据显示，在非常高的能量（VHE），我们称之为“VHE过剩”相对于预期的衰减幂律外推从较低的能量可能无法解释的功能。我们表明，VHDM可以解释这种过剩，中微子观测将是一个重要的工具来测试这种情况。更保守地说，我们推导出了质量为10^3-10^10 GeV的VHDM性质的新约束。这些通用的边界遵循我们在其他地方开发的伽马射线和中微子的宇宙能量预算约束，基于对宇宙电磁级联和中微子探测率的详细计算。我们表明，结合伽马射线和中微子的数据是必不可少的VHDM属性的约束既强大又强大。在较低的质量范围内，我们对VHDM湮灭和衰变的约束与其他结果相当;然而，我们的约束继续到更高的质量，在那里它们变得相对更强。
2012-10-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Extragalactic electromagnetic cascades and cascade gamma-ray emission in magnetic fields of various strength
本文研究不同强度磁场对超高能宇宙射线引发的河外电磁级联伽马射线辐射的影响，发现低场强下级联谱重合，简化了河外伽马射线背景贡献的计算。
2023-10-12 astro-ph.HE
Constraining the Emissivity of Ultrahigh Energy Cosmic Rays in the Distant Universe with the Diffuse Gamma-ray Emission
在宇宙学距离上发射的能量大于10 ^19 eV的超高宇宙射线（UHECR）会被宇宙微波和红外背景辐射通过光强过程衰减。如果河外磁场像纳高斯一样强，那么由于扩散，较低能量的河外宇宙射线（~10^18-10^19 eV）在哈勃时间内只能传播小于~Gpc的线性距离。这使得我们无法直接观测到宇宙中的大多数UHECR，因此观测到的UHECR强度仅反映了附近宇宙中数百Mpc范围内的发射率。然而，遥远宇宙中的UHECR通过与宇宙背景光子的相互作用，产生UHE电子和伽马射线，这些电子和伽马射线反过来引发宇宙背景光子的电磁级联。这种次级级联辐射形成了河外扩散GeV-TeV伽马射线辐射的一部分，与原始的UHECR不同，它是可以观测到的。受费米/LAT对河外弥漫伽马射线背景辐射的新测量的启发，我们通过要求它们产生的级联辐射不超过观测水平，获得了遥远宇宙中UHECR发射率的上限。通过与候选UHECR源（如伽玛暴和活动星系核）在高红移下的γ射线发射率的比较，我们发现，所获得的平坦质子谱的上限比伽玛暴中的γ射线发射率大~10^1.5倍，比BL Lac天体中的γ射线发射率小~10倍。在铁核组成的情况下，导出的上限的UHECR发射率是一个因素的3-5倍。进一步得到了宇宙成因中微子通量的鲁棒上限，这是冰立方探测器和下一代探测器JEM-EUSO勉强可以达到的。
2011-07-22 astro-ph.HE
Constraints on the Model of Gamma-ray Bursts and Implications from GRB 221009A: GeV gamma rays v.s. High-energy Neutrinos
伽马射线暴（GRB）被认为是一种有效的粒子加速器。在伽玛暴喷流中存在高能质子时，这些质子与伽玛暴强辐射场的相互作用将诱发电磁级联。在级联中产生的电子/正电子将产生具有鲁棒特征的附加谱，该谱的形式为幂律分布，直到GeV区域，其指数为$\lesssim 2$。我们认为，在GeV波段的费米LAT的测量可以提供独立的约束的关键GRB模型参数，如耗散半径，喷注的体积洛伦兹因子，和重子加载因子。以GRB 221009 A为例，我们发现GeV γ射线辐射的约束可能比中微子观测的约束更严格，为我们深入了解GRB的起源提供了一个更好的解释。
2022-11-25 astro-ph.HE
Simulations of Electromagnetic Cascades in the Intergalactic Medium with Plasma Instabilities: the grplinst Code
Sorbonne Université, Institut d’Astrophysique de Paris (IAP), CNRS UMR 7095（索邦大学，巴黎天体物理研究所）；Sorbonne Université, Université Paris Cité, Lab. de Physique Nucléaire et des Hautes Énergies (LPNHE), CNRS/IN2P3（索邦大学，巴黎西岱大学，核物理与高能物理实验室）；Immanuel Kant Baltic Federal University, Institute of High Technology（伊曼纽尔·康德波罗的海联邦大学，高技术研究所）；Lomonosov Moscow State University, Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学，计算数学与控制论学院）
本文介绍了CRPropa框架的插件grplinst，用于模拟星系际介质中电磁级联的等离子体不稳定性冷却，以解决级联解释的理论不确定性，助力高能伽马射线观测结果的解读。
2026-08-04 astro-ph.HE
Ultra-high energy cosmic rays and the extragalactic gamma ray flux
超高能宇宙射线与宇宙中的辐射场相互作用，产生电磁级联，导致河外伽马射线通量，可探测到约100 GeV。最近费米-LAT对河外伽马射线通量的精确测量，加上对各种类型活动星系核背景的估计，可以对级联分量设定限制。通过与预测的比较，并作出各种假设，即采用特定的模型，可以对超高能粒子可以加速的最大能量设定限制。如果我们的模型是正确的，最大能量不太可能超过100 EeV，反过来，在测量的超高能谱中明显的“GZK”截止可能是由于内在的出射粒子谱的下降。然而，由于所涉及的许多参数的不确定性，目前还不可能武断地作出结论。我们已经使用了最近的参数范围的估计，并发现，虽然我们的模型的参数在允许的范围内的不确定性是如此之大，我们的结果是不唯一的，虽然该方法是令人满意的。因此，到目前为止，结果只能被视为一种指示。
2014-04-05 astro-ph.HE
The Energy Spectrum of a Radio Pulse Created by a Cascade Disk Within the Moon's Regolith
利用已知的级联簇射的解析解确定了过剩电子的射电辐射强度。结果表明，能谱在高频区有一个急剧的下降。在月壤中的圆盘的通常均方根半径为~ 0.06m时，谱的最大值在~ 0.5- 0.6GHz的范围内，而在2- 2.5GHz的范围内，脉冲的振幅下降了5-6个数量级。这一事实是由于级联盘的有限尺寸导致相干性损失的结果，并且需要对使用射电望远镜测量宇宙射线通量的“射频窗口”进行显著的校正。
2011-12-17 astro-ph.HE
Gamma-ray induced cascades and magnetic fields in intergalactic medium
利用蒙特卡罗模拟方法研究了多TeV γ射线与宇宙学红外/光子背景相互作用在星系际介质中引发的三维电磁级联。级联中的次级电子在被宇宙微波背景辐射光子散射之前被星系际磁场偏转。这导致了在银河系外极高能伽马射线源周围的多GeV和TeV能量的0.1-10度尺度的辐射。一般来说，扩展发射的形态取决于星系际介质中磁场的性质。利用Monte-Carlo模拟数据，我们证明了扩展源的尺寸随能量的增加而减小，如果存在于大尺度结构的空洞中，则可以测量到幅度在<1 e-16 G到1 e-12 G范围内的弱磁场。
2009-03-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gamma rays as leptonic portals to energetic neutrinos: a new Monte Carlo approach
Sorbonne Université（索邦大学）
本文提出了一种新的蒙特卡洛方法，用于研究伽马射线作为轻子通路产生高能中微子的机制，并通过CRPropa框架分析了活动星系核核心的中微子生成过程。
2025-11-26 astro-ph.HE
Cascaded Gamma-ray Emission Associated with the KM3NeT Ultra-High-Energy Event KM3-230213A
针对 KM3NeT/ARCA 探测到的约 220 PeV 类中微子事件，研究计算不同源距离和 IGMF 强度下的级联伽马射线通量，并指出现有仪器在多数情形下可观测相关辐射。
2025-03-03 astro-ph.HE
Modelling the persistent low-state $γ$-ray emission of the PKS 1510-089 blazar with electromagnetic cascades initiated in hadronuclear interactions
耀变体可以加速质子和/或原子核以及电子。在耀变体中，加速粒子的强子成分可能构成其高能预算的大部分;然而，由于质子与源内部光子场相互作用的能量阈值很高，因此这一成分是难以捉摸的。然而，一些平谱射电类星体（FSRQ）的宽线区（BLR）可能包含足够数量的物质，通过强子核相互作用使初级质子在$γ$射线中“可见”。在本文中，我们研究的持续$γ$射线发射的FSRQ PKS 1510-089在其低状态下利用公开提供的费米-LAT数据，以及使用MAGIC成像大气切伦科夫望远镜测量的光谱。我们发现一个指示过量的$γ$射线在能量范围$\gtrsim 20$ GeV相对于一个简单的基线对数抛物线本征谱模型。这种过剩可以解释在一个场景调用强子核的初级质子的BLR材料与随后的发展中的光子场的电磁级联的相互作用。我们提出了一个Monte Carlo计算的光谱的级联组件，作为输入的BLR光子场谱计算的云代码。据我们所知，这是第一个基于直接计算光子场谱的光谱合成程序计算blazar内部的电磁级联谱。
2022-08-06 astro-ph.HE
Search for Magnetically Broadened Cascade Emission From Blazars with VERITAS
利用VERITAS观测的7颗硬谱耀变体，对活动星系核（AGN）周围的磁增宽γ射线辐射进行了研究。当来自活动星系核的多TeV伽马射线与河外背景光（EBL）光子相互作用产生电子-正电子对，然后通过逆康普顿散射与宇宙微波背景（CMB）光子相互作用产生伽马射线时，会发生级联过程。由于正负电子对的偏转，非零的星系际磁场（IGMF）可能会对级联辐射的角分布产生可检测的影响。特别地，与未散射的发射相比，可能发生角加宽。通过未检测到1 ES 1218+304（具有最大预测级联分数的源）的角度加宽发射，我们排除了在95%置信水平下$10^{-14}$ G周围的IGMF强度范围。排除范围的程度随着对1 ES 1218+304的本征光谱和级联过程模拟中使用的EBL模型所作的假设而变化。所有的源都被用来设置由于扩展发射而导致的通量的限制。
2017-01-02 astro-ph.HE
Impact of Plasma Instabilities and of the Intergalactic Magnetic Field on Blazar-Induced Electromagnetic Cascades
本研究探究星系间弱磁场与等离子体不稳定性对耀变体诱导电磁级联的影响，通过数值模拟结合两者作用分析耀变体1ES 0229+200的伽马射线谱印记。
2025-09-21 astro-ph.HE
Where are the Cascades from Blazar Jets? An Emerging Tension in the $γ$-ray sky
耀变体是最强大的加速器之一，预计将产生明亮的TeV $γ$射线通量。然而，TeV的$γ$射线在到达地球之前会因与星系际辐射的相互作用而衰减。这些相互作用产生级联，将TeV能量转移到GeV波段，为明亮光源周围的扩展晕和各向同性$γ$射线背景（IGRB）提供动力。使用保守的耀变体模型和最近的IGRB测量，我们排除了耀变体有效地将其多TeV能量转移到GeV $γ$射线中的情况。三种可能的解决方案包括：（1）明亮的耀变体上的强光谱削减，这与当地耀变体数据越来越紧张，（2）集体等离子体效应，可以防止耀变体级联的发展，其有效性是有争议的，（3）增加$γ$射线不透明度的轴子样粒子。
2023-03-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
ELMAG: A Monte Carlo simulation of electromagnetic cascades on the extragalactic background light and in magnetic fields
介绍了一个模拟高能光子和电子与河外背景光相互作用引发电磁级联的蒙特卡罗程序。电子对产生和逆康普顿散射的EBL光子以及同步辐射损失和偏转的荷电分量在河外磁场（EGMF）的模拟包括。为了减少二次粒子数和提高计算速度，对叶栅发展过程进行了加权采样。作为最终结果，模拟程序提供了能量，观察角度，和时间延迟的次级级联粒子在当前的时代。可能的应用是TeV耀变体的研究和EGMF对其光谱的影响，或计算来自高能宇宙射线或暗物质对弥漫的河外伽马射线背景的贡献。作为一个例子，我们提出的结果偏转和时间延迟相关的EGMF的限制的推导。
2012-01-11 astro-ph.HE
Compton-induced $γ$-ray Cascade Emissions in Radio Galaxy NGC 1275
University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）；North-West University（西北大学）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（理论与计算科学国家研究所）
研究利用蒙特卡洛模拟分析射电星系NGC 1275的γ射线级联辐射，通过逆康普顿散射解释观测数据。
2025-11-27 astro-ph.HE
VHE Gamma-Ray Induced Pair Cascades in the Radiation Fields of Dust Tori of AGN: Application to Cen A
越来越多的河外高能（HE，E > 100 MeV）和甚高能（VHE，E > 100 GeV）伽马射线源不属于耀变体，这表明VHE伽马射线的产生可能是大多数射电噪声较大的活动星系核（AGN）的共同特性。在以前的论文中，我们已经调查了康普顿支持的对级联VHE伽马射线吸收在单色辐射场，主要是从宽线区的Ly-alpha线发射发起的签名。本文研究了核VHE γ射线与环核尘埃环热红外辐射场的相互作用。我们的代码如下的空间发展的叶栅在全三维几何。我们提供了一个模型适合的宽带SED的尘埃丰富，伽玛射线响亮的射电星系Cen A，并表明，典型的耀变体射流参数可以用来模拟宽带SED，如果一个允许额外的级联贡献的费米伽玛射线发射。
2010-12-17 astro-ph.HE
Solar gamma rays and modulation of cosmic rays in the inner heliosphere
第一个从静止的太阳伽马射线发射的证据是在EGRET的档案数据中发现的，后来被费米-LAT的观测所证实。这种辐射是由银河系宇宙射线（CR）穿透内日光层并与太阳大气和可见光子相互作用而产生的。太阳辐射的特征在于两个空间和光谱上不同的组件：（i）盘发射由于太阳大气中的CR级联，和（ii）空间扩展的逆康普顿（IC）发射由于CR电子散射太阳光子。与银河系CRs相关的两个分量的强度与太阳活动水平反相关，在太阳活动极小期最亮。在本文中，我们讨论了更新的IC组件的排放模型的基础上CR测量在不同水平的太阳活动，我们作出预测的e-ASTROGAM和AMEGO，提出了低能量伽马射线任务。
2017-12-28 astro-ph.HE
Ultrahigh-energy cosmic ray interactions as the origin of very high energy $γ-$rays from BL Lacs
我们解释了观测到的多波长光子光谱的BL Lac对象在非常高的能量（VHE，$E \gtrsim 30$ GeV），使用一个轻强子发射模型。用单区轻子辐射拟合同步辐射峰。随后，计算SSC谱，使得其延伸到所考虑的射流参数的可能的最高能量。超过这个能量的数据点，也在整个VHE范围内很好地解释使用强子发射模型。超高能宇宙射线（UHECR，$E\gtrsim 0.1$ EeV）从源中逃逸出来，在宇宙学距离上传播时与河外背景光（EBL）相互作用，引发能量低至$\sim1$ GeV的电磁级联。由此产生的光子谱在$\sim1$ TeV能量处达到峰值。我们考虑一个随机湍流河外磁场（EGMF）的Kolmogorov功率谱找到生存率的UHECR在0.1度的传播方向，观察者位于。我们限制自己的EGMF，$B_{\rm rms}\sim 10^{-5}$ nG，从UHECR相互作用的光子光谱能量分布（SED）的显着贡献的RMS值。我们发现，UHECR相互作用的EBL和二次级联发射可以拟合伽马射线数据从BL湖，我们认为在最高的能量。UHECR所需的光度和相应的喷流功率低于这些BL Lac中超大质量黑洞的爱丁顿光度。
2019-12-13 astro-ph.HE
Ultra-high energy cosmic rays from supermassive black holes: particle flux on the Earth and extragalactic diffuse emission
本文讨论了在超大质量黑洞周围的吸积盘中，宇宙射线在电场中被加速到超高能（E> 4 × 10^19 eV）.粒子注入谱被假定为比那些在冲击波阵面上加速形成的谱更硬。结果表明，具有注入谱的宇宙射线对地基阵列探测到的粒子通量的贡献很小。但在河外空间，粒子产生的扩散伽马射线发射的显着通量与费米LAT仪器（费米空间天文台机载）获得的数据相比。还推导了在河外空间传播的宇宙射线产生的中微子强度。级联中微子的模型强度远低于天体物理中微子的模型强度。得出的结论是，可能的超大质量黑洞是宇宙射线源，在地球上检测到的粒子通量略有贡献，但这些来源应考虑分析时，河外弥漫伽玛射线辐射的组件。
2018-11-27 astro-ph.HE
Measurement of femtogauss intergalactic magnetic fields towards Mkn 501
Institut für Experimentalphysik, University of Hamburg（汉堡大学实验物理研究所）
通过分析Mkn 501的GeV伽马射线辐射，结合Fermi-LAT和Swift数据，发现了扩展次级发射的显著证据，由此推断出星际间磁场（IGMF）的强度为飞高斯量级，并指出该源的注入功率较低，等离子体加热效应可忽略。
2026-09-29 astro-ph.HE
Gamma-ray halos as a measure of intergalactic magnetic fields: a classical moment problem
弱星系际磁场的存在可以通过它们对宇宙辐射背景中多TeV γ射线引起的电磁级联的影响来研究。随着级联的发展，次级电子和正电子的小偏转扩展了遥远TeV伽马射线源的发射区域的表观尺寸。这些伽马射线晕可以在成像大气切伦科夫望远镜中分辨出来，并作为星系际磁场强度和相干长度的量度。本文提出了一种把级联中的磁偏转看作扩散过程来计算各向同性源的γ射线晕的方法。有了这个计算公式，晕的矩就可以从一组简单的扩散级联方程得到。角分布的重建则相当于一个经典的矩问题。我们提出了一个简单的解决方案，使用Pade近似的时刻的生成函数。
2011-04-27 astro-ph.HE
On the possibility of sub-TeV Gamma-ray emission from Cyg X-3
紧凑X射线双星系统Cyg X-3最近被AGILE和{ \it Fermi}卫星发现为GeV γ射线源。它在GeV伽马射线中的发射特征与其他在TeV伽马射线中也观察到的伽马射线双星（LS 5039和LSI +61 303）相似。现在的问题是，天鹅座X-3是否也能被切伦科夫望远镜在TeV伽马射线中探测到。在这里，我们详细讨论了这个问题的基础上，各向异性逆康普顿（IC）的e-p对级联模型成功地应用于TeV的伽玛射线双星。我们计算的伽玛射线光变曲线和伽玛射线光谱预期的级联过程中发生的天鹅座X-3的二元系统。结果表明，在相对论电子注入源的轨道参数合理的情况下，GeV能区的γ射线光变曲线与Fermi观测到的γ射线光变曲线是一致的。此外，我们表明，在这样一个模型中，亚TeV的伽马射线发射（100 GeV以上）预计将低于目前切伦科夫望远镜的灵敏度，假设电子在天鹅座X-3 TeV的能量加速。下一阶段切伦科夫望远镜（MAGIC II，HESS II）的能量阈值应该在20-30 GeV范围内，以便有机会探测到来自天鹅座X-3的信号。否则，要探测到能量在几十GeV以上的伽马射线，需要一台灵敏度为蟹状单位的0.1%的望远镜。我们的结论是，地面望远镜对天鹅座X-3的亚TeV伽马射线的探测可能要等待切伦科夫望远镜阵列（CTA）的建设。
2010-03-23 astro-ph.HE
Search for high-energy neutrino emission from hard X-ray AGN with IceCube
冰立方中微子天文台已经探测到TeV-PeV范围内的高能天体物理中微子。这些中微子在天空中具有各向同性的分布，因此可能来自河外来源。活动星系核是一类天文天体，它们是有希望的中微子源候选者，因为它们具有高电磁光度和将宇宙射线加速到能量大于10 $^{16}$ eV的潜在能力。这些宇宙射线在活动星系核环境中的相互作用预计会产生中微子和π-γ射线。一些活动星系核辐射的强子模型表明，这样的伽马射线可以反过来与活动星系核的密集光子场相互作用，并级联为硬X射线和MeV伽马射线。我们提出了一个更新的冰立方堆积分析寻找高能中微子从硬X射线源采样的$\textit{Swift}$ -BAT AGN光谱调查。
2021-07-18 astro-ph.HE
Marginal Role of the Electrostatic Instability in the GeV-scale Cascade Flux from 1ES 0229+200
针对耀变体1ES 0229+200 GeV级级联通量缺失问题，本文定量评估静电不稳定性对次级伽马射线到达时间的影响，发现其延迟不足以解释级联缺失，说明静电不稳定性在该过程中作用有限。
2024-12-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Observation of Broadband In-ice Radiation from Impacting High-Energy Cosmic Rays
本研究首次提供高能宇宙射线撞击南极冰盖产生冰内射频发射的实验证据，通过阿斯卡莱恩射电阵列探测到13个冰下脉冲事件，其特性与阿斯卡莱恩辐射一致，最亮事件角辐射模式支持扩展级联发射体。
2025-07-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
High-energy neutrinos and gamma rays from winds and tori in active galactic nuclei
本文提出活动星系核吸积盘驱动的风中质子经激波加速后通过pp和pγ过程产生中微子与伽马射线，可解释NGC 1068的TeV中微子及多波段辐射，为探测AGN风发射位置提供新途径。
2024-08-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
