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
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
Acceleration and Particle Field Interactions of Cosmic Rays II: Calculations
基于宇宙带电粒子与不同位形的电磁（等离子体）场之间存在不同类型的电磁相互作用的一般加速模型，研究了超高能宇宙射线。假设等离子体场在空间和时间上都是变化的。众所周知的费米加速度被排除在外。为了简单起见，假设由于不同的物理过程的能量损失是可以忽略的小。在四种类型的电磁场中计算等离子体扇区可用的能量。已经发现，在时变磁场中的漂移是非常有能量的。能量尺度远远超过了Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止值。时变电场中的极化漂移也能将宇宙射线的能量提高到一个极值。它可以与Hillas机制相比较。空间变化磁场中的漂移几乎与极化漂移一样强。在非均匀磁场和消失的电场中，曲率漂移很弱。
2010-10-28 astro-ph.HE hep-ph hep-th
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
Explaining TeV Cosmic-Ray Anisotropies with Non-Diffusive Cosmic-Ray Propagation
约束在地球上观测到的宇宙射线数据的行为需要精确了解宇宙射线如何在星际介质中传播。星际介质不是均匀的;虽然湍流磁场在大尺度上占主导地位，但磁场的小相干区域存在于与附近星系中的粒子传播相关的尺度上。通过一个相干场的引导传播是显着不同的随机粒子扩散，可以解释在所观察到的宇宙射线的空间各向异性。我们提出了一个Monte Carlo程序来模拟宇宙粒子在真实的磁场结构中的传播。我们讨论的模型的细节，以及一些初步的研究表明，相干磁结构是重要的影响，在当地的宇宙射线传播，增加超过两个数量级的宇宙射线的通量在各向异性的位置在天空中。相干磁结构引起的特征可能是观测到的TeV宇宙线各向异性的原因。
2016-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
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
Radio emission and nonlinear diffusive shock acceleration of cosmic rays in the supernova SN 1993J
超新星SN 1993 J在无线电波段的广泛观测使其成为研究超新星激波中粒子加速的独特目标。为了描述无线电同步辐射，我们使用一个模型，耦合半解析描述的非线性扩散冲击加速与自相似的解决方案的流体动力学的超新星膨胀。同步辐射是由相对论电子在激波后等离子体中传播产生的，由包含同步辐射自吸收过程的辐射转移计算得到。应用该模型解释了高分辨率VLBI成像观测的射电辐射形态和6个频率的总通量密度随时间的演化。光变曲线和无线电发射的形态都表明，爆炸后不久，爆炸波区域的磁场被强烈放大，这可能是通过在冲击波前兆中操作的宇宙射线流不稳定性的非共振机制。湍流磁场在激波后没有衰减，而是被下游区域的等离子体流携带。宇宙射线质子是由爆炸波的扩散冲击加速有效地产生的。我们发现，在爆炸后的第一个~8.5年，约19%的总能量处理的前向冲击波被转换为宇宙射线能量。然而，激波仍然受到宇宙射线压力的微弱影响。高磁场放大意味着质子被迅速加速到远高于1 PeV的能量。从这颗超新星获得的结果支持了这样一种假设，即大质量恒星爆炸成它们以前的恒星风是高能银河宇宙射线的主要来源。
2009-03-17 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
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
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
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
Anisotropies of Diffusive Ultra-high Energy Cosmic Rays in $f(R)$ Gravity Theory
本研究在三种宇宙学模型下研究扩散超高能宇宙射线的偶极各向异性，发现 $f(R)$ 幂律模型预测幅度最大，$\Lambda$CDM 最小，为宇宙学与高能天体物理交叉研究提供新途径。
2024-07-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-th
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
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
Propagating Cosmic Rays with exact Solution of Fokker-Planck Equation
宇宙线（CR）传播模型的不足模糊了CR源和加速机制。这个问题在费米、帕梅拉和AMS-02发现电子/正电子和$p/$ He光谱异常后变得特别明显。大多数CR模型使用扩散传播，这对于弱散射的高能粒子是不准确的。因此，受日光层调制影响的光谱的某些部分，例如，无法解释。我讨论并通过一个精确的解决方案的福克-普朗克方程arXiv1610.01584，它给出了一个完整的描述的弹道，扩散和transdiffusive（前两个之间的中间）的传播制度。我推导出一个简化版本的确切的福克-普朗克传播，可以很容易地在地方的高斯传播，目前主要用于太阳调制和其他CR传输模型。
2017-03-07 astro-ph.HE
Diffuse emission of TeV Neutrinos and Gamma-rays from young pulsars by Photo-meson interaction in the galaxy
一般认为，年轻的快速旋转的质子星是粒子加速的重要场所，如果磁矩反平行于自旋轴（$\vecμ\cdot\vecΩ<0$），质子可以在极帽区以上被加速到相对论能量。为了获得TeV的银河系扩散中微子和γ射线，首先，我们用蒙特卡罗（MC）方法在银河系中产生了年龄小于$10^6$ yrs的年轻中微子样本;其次，高能质子与软X射线光子相互作用，通过光子过程产生中微子和高能γ射线（$p+γ\rightarrow Δ^+\rightarrow n+π^+/p+π^0$），这些X射线光子来自于中子星表面。结果表明，中微子的TeV扩散通量低于背景通量，这表明目前的中微子望远镜很难探测到它。
2013-04-14 astro-ph.HE
Diffusive propagation of cosmic rays from supernova remnants in the Galaxy. II: anisotropy
我们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各向异性的影响。计算了不同扩散系数D（E）在银河系中的传播。考虑了原子核的传播和扩散。在高能量下，我们假设$D(E)\sim(E/Z)^δ$，其中$δ=1/3$和$δ=0.6$是参考场景。在考虑和不考虑银河系螺旋结构的情况下，根据超新星遗迹的分布模型，模拟了银河系中超新星遗迹的大尺度分布。我们的计算使我们能够确定的贡献，各向异性导致的大规模分布的SNR在银河系和随机分布的最近的遗迹。天真的期望，各向异性振幅缩放为D（E）被证明是一个过度简化，这并不反映在预测的各向异性的任何现实分布的源。各向异性模式的波动主要是由附近的来源，使预测或解释所观察到的各向异性振幅和相位变得几乎不可能。然而，我们发现，非常弱的能量依赖性的各向异性振幅低于$10^{5}$ GeV和在更高的能量上升，可以最好地解释，如果扩散系数是$D(E)\sim E^{1/3}$。更快的扩散，例如使用$δ=0.6$，通常导致极大的各向异性幅度。螺旋结构在各向异性模式的能量依赖性中引入了有趣的趋势，其定性地反映了数据中所见的趋势。对于大值的晕大小，我们发现，各向异性成为主导的大规模的规则结构的源分布，导致确实是一个单调增加的$δ_A$与能量。
2011-12-29 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
Diffusive shock acceleration at laser driven shocks: studying cosmic-ray accelerators in the laboratory
负责许多天体物理系统的发射的非热粒子谱被认为是通过一阶费米过程（也称为扩散激波加速）来自激波。同样的机制也被广泛认为是高能宇宙射线产生的原因。随着人们对激光等离子体中无碰撞激波物理的兴趣日益增长，在受控实验室中再现和检测激波加速度的可能性应该被考虑。必须满足的各种实验限制进行审查。它表明，几个目前正在运行的激光设施可能满足必要的标准，以确认发生的扩散冲击加速的电子在激光产生的冲击。在实验室中成功再现费米加速可以打开一系列的可能性，提供对发生在宇宙射线的天体物理源附近的复杂等离子体过程的深入了解。
2012-11-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
No longer ballistic, not yet diffusive--the formation of cosmic ray small-scale anisotropies
TeV-PeV宇宙射线的到达方向是非常均匀的，这是由于它们在湍流磁场上的散射使方向各向同性。小的各向异性可以存在于标准的扩散模型，但是，只有在最大的角度尺度。然而，像IceCube和HAWC这样的高统计观测站已经发现了从各向同性到小角度尺度的显着偏差。在这里，我们解释了小尺度各向异性的形成，考虑对宇宙射线，得到相关的运输通过相同的实现的湍流磁场。我们认为，小规模的各向异性的形成是反映的特定实现的湍流磁场所经历的宇宙射线之间的早期，弹道制度和后期，扩散制度的时间尺度。我们以两种不同的方式来处理这个问题：首先，我们在合成湍流中运行测试粒子模拟，首次覆盖了具有现实湍流参数的观测的TV刚性。其次，我们扩展了最近推出的混合矩阵方法，并确定了稳态角功率谱。在整个过程中，我们采用静磁，板状湍流。我们发现，在这两种方法在很大范围内的刚性的预测角功率谱之间的良好协议。在未来，测量小尺度的各向异性将是有价值的约束性质的湍流磁场在我们的银河系附近。
2021-11-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Diffusive Shock Acceleration of Cosmic Rays -- Quasi-thermal and Non-thermal Particle Distributions
本文综述了宇宙线扩散激波加速理论，并结合PIC模拟说明激波处粒子呈κ分布、下游低能谱趋于麦克斯韦分布而高能谱呈幂律形式，进而讨论非线性DSA中的谱修正。
2023-04-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Angular distribution of cosmic rays from an individual source in a turbulent magnetic field
我们得到的角分布的宇宙射线到达观察者从一个单独的源和传播后，通过湍流磁场，源距离和扩散长度之间的不同比例。我们研究了高能量的准直线制度，以及在较低的能量，偏转变大的扩散制度的过渡。我们考虑能量损失的影响，表明它们往往会在给定的能量下增强源的各向异性。我们还讨论了透镜效应，特别是那些可能会导致从正规的银河系磁场组件，并表明，湍流河外磁场的效果可以平滑的发散放大率峰值，将导致在没有湍流偏转的限制点状源。
2016-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Diffusive Cosmic Ray Acceleration at the Galactic Centre
从银河系内部$\sim2^\circ$探测到的弥散TeV辐射似乎与沿银河系脊的分子气体分布密切相关。虽然还不完全清楚TeV光子的起源是由于强子相互作用还是轻子相互作用，但强度分布与分子气体的紧密相关性强烈指向涉及相对论质子的π衰变过程。但是TeV辐射的光谱--指数为$α\approx -2.3$的幂律--不能轻易地与地球上看到的宇宙射线的陡峭分布相适应。在早期的工作中，我们研究了这些相对论质子的可能来源，并得出结论，无论是超大质量黑洞人马座A*（与HESS源J1745-290相同），还是沿银河平面分散的几个脉冲星风星云，都不能产生与HESS所观察到的形态相似的TeV发射轮廓。我们的结论是，从这个早期的研究，只有相对论质子加速整个云间介质可以解释所观察到的弥漫TeV发射从这个地区。在本文中，我们开发了一个模型的扩散质子加速驱动的湍流Alfvénic磁场存在于整个气体介质。虽然这是间接的，但这似乎是第一个证据，表明至少有一些宇宙射线在银河系内部的$\sim300$ pc中扩散加速。
2010-10-14 astro-ph.HE
Synchrotron emission driven by the Cherenkov-drift instability in active galactic nuclei
本文研究了切伦科夫漂移波通过扩散过程对粒子分布的反馈产生同步辐射。结果表明，尽管有效的同步辐射损失的激发切伦科夫漂移不稳定性导致准线性扩散（QLD），其效果是平衡的耗散因子，并作为结果的俯仰角被阻止阻尼，保持相应的同步辐射。该模型进行了分析，为广泛的物理参数，它表明，QLD的机制保证产生的电磁辐射从软$X$ -射线软$γ$ -射线，强烈相关的切伦科夫漂移发射范围从IR到UV能量域。
2012-12-10 astro-ph.CO 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
Pitch-Angle Diffusion and Bohm-type Approximations in Diffusive Shock Acceleration
加速宇宙射线的问题是一个至关重要的问题，特别是考虑到加速场内部条件的不确定性。在这里，我们研究任意湍流磁场中的扩散激波加速，构建一个新的模型，能够弥合非常弱（$δB/B_0 \ll 1$）和强湍流制度之间的差距。为了描述扩散，我们提供了定量分析描述的“玻姆指数”在每个政权。我们表明，我们的结果收敛到众所周知的准线性理论在弱湍流区。在强制度，我们量化的玻姆型模型的局限性。此外，我们的结果占的异常扩散行为，这已经注意到以前。最后，我们讨论了我们的模型在不同的天体可能的加速网站的研究的影响。
2019-01-17 astro-ph.HE
Magnetic horizons of ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线在河外磁场中的传播可以是扩散的，这取决于磁场的强度和性质。在某些情况下，粒子的传播时间可以与宇宙的年龄相媲美，导致在地球上测量的通量受到抑制。在这项工作中，我们使用宇宙学模拟的磁场分布，以评估在能量约10 $^{18}$ eV的磁视界的存在。
2014-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic-ray diffusive reacceleration: a critical look
宇宙射线在磁湍流上的散射导致空间扩散传播;如果散射介质在运动，这将不可避免地引起粒子动量的变化，即所谓的扩散再加速。这可以被描述为动量空间中的扩散。扩散再加速经常被用来解释在几个GeV，特别是硼-碳的次级-初级比中观察到的峰值。这避免了在空间扩散系数中假设一个特别的中断的必要性，并且几乎已经成为模拟宇宙射线光谱的标准。然而，在所调用的水平上，该过程意味着从星际介质到宇宙射线的能量的显著输入，因此在这样的模型中，星际空间与通常的加速器（如超新星遗迹）竞争。问题出现了：再加速真的发生在解释中学与小学比率所需的高水平上吗？能源需求在物理上是否合理？我们解决这个问题，使用宇宙射线传播的分析和数值模型。
2015-08-11 astro-ph.HE
Unfolding Drift Effects for Cosmic Rays over the Period of the Sun's Magnetic Field Reversal
利用三维宇宙射线调制模型模拟第24太阳周磁极反转前后的质子、电子、正电子及反质子，结合AMS观测揭示漂移减弱与恢复及平均自由程演化。
2022-12-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Acceleration and Particle Field Interactions of Cosmic Rays I: Formalism
超高能宇宙射线的加速除了众所周知的激波和随机费米机制外，还通过与不同天体（如磁性物质团块）中电磁场的各种相互作用而发生。显然，后者在数量上不取决于粒子的电荷。基于该模型，推导出平行于磁场$\mathbf{B}$且在力$\mathbf{F}$的影响下的带电粒子的动力学的相当大的部分被假定为由非磁力$\mathbf{F}_{\parallel}$引起的加速度和沿$\mathbf{B}$方向的回转运动加上沿$\mathbf{F}_{\perp}$方向的漂移组成。介绍了该模型及其形式。提出了漂移运动和加速力的各种例子。形式主义是在一个非相对论的版本。显然，翻译成相对论的版本是标准的。在即将进行的一项工作中，将对带电宇宙射线在各种天体中获得的能量进行定量估计。
2010-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Asymmetric diffusion of cosmic rays
宇宙线的传播是扩散的，因为波的俯仰角散射。我们证明，如果高振幅磁流体动力学湍流与$\tilde B/\langle B\rangle \sim 1$是目前的平均场梯度的顶部，扩散变得不对称。作为一个例子，我们考虑的垂直传输的宇宙射线在我们的银河系传播远离一个点状源。我们使用一维马尔可夫链分析来解析解决这个扩散问题。我们得到的宇宙线密度显着不同于标准的扩散预测，并有相当大的影响，它们在整个星系的分布。同时给出了连续极限方程，指出了对流扩散方程的局限性。
2015-04-15 astro-ph.HE
The strong suppression of Galactic cosmic rays reaching AU Mic b, c and Prox Cen b
银河系宇宙射线的传播在太阳系中已经得到了很好的理解，但是对于M矮星系统的研究却很少。量化到达系外行星的宇宙射线的通量很重要，因为宇宙射线与生命有关。在这里，我们计算银河宇宙线流量在AU Mic和Prox Cen行星系统。我们用一维宇宙线输运模型研究了银河系宇宙射线的传播。我们发现，对于Prox Cen b，AU Mic b和AU Mic c，银河宇宙线通量受到强烈抑制，并且低于到达地球的通量。我们包括在我们的模型中，第一次为太阳以外的恒星，径向粒子漂移的影响，由于在恒星磁场的梯度和曲率。对于Prox Cen，我们发现，包含粒子漂移导致银河系宇宙射线通量的抑制比当它被排除在模型之外。在AU Mic的情况下，我们探索两种不同的风环境，低和高恒星风质量损失率。对于AU Mic，粒子漂移也导致对银河宇宙线通量的抑制较少，但它只对高质量损失率场景有意义。然而，AU Mic的两种风情景强烈抑制了银河系的宇宙射线。总的来说，需要仔细模拟恒星风来计算到达系外行星的银河宇宙射线通量。这里发现的结果可用于解释未来的系外行星大气观测和大气模型。
2022-06-09 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Galactic Gas Models Strongly Affect the Determination of the Diffusive Halo Height
本研究指出对银河系旋臂的不精确建模会严重影响通过放射性次级粒子通量确定扩散晕高度的准确性，并利用最先进的旋臂模型提出了新预测以支持未来的测量。
2024-08-24 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Diffusive shock acceleration and magnetic field amplification
扩散激波加速是粒子通过多个激波交叉点加速的理论。为了使这一过程以一个可以与激波附近高能电子的观测相协调的速率进行，并且为了使宇宙射线质子被加速到高达观测到的银河值的能量，需要显著的磁场放大。在这篇综述中，我们将讨论各种理论如何磁场放大可以进行宇宙线人口的存在。在短尺度和长尺度上，宇宙射线流都可以引起不稳定性，从而放大磁场。本文件的主要重点是过去十年来这一领域的发展情况。
2012-03-07 astro-ph.GA 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
Simulation of diffusive particle propagation and related TeV gamma-ray emission at the Galactic Center
用高能立体观测系统（H.E.S.S.）对银河系中心（GC）区域进行甚高能（VHE，>100 GeV）伽马射线观测，导致在2006年探测到扩散伽马射线辐射的扩展区域。到目前为止，这种发射的确切来源仍然不清楚，虽然中央分子区（CMZ）的分子材料的密度分布和观测到的伽马射线过剩点的形态之间的紧密空间相关性朝向强子产生场景。在这篇文章中，我们提出了一个数值研究的高能宇宙射线（CR）的传播通过一个动荡的环境，如GC区域。在我们的分析中，我们推导出一个依赖于能量的扩散系数的参数化，我们使用我们的模拟在GC的扩散伽马射线发射。假设强子CRs已被释放的一个单一的脉冲事件在我们的银河系的中心，我们探讨的问题是否扩散强子与周围物质的相互作用过程可以解释所观察到的扩散伽玛射线过剩。我们的结果不赞成这种情况下，我们的分析表明，扩散过程是，在时间尺度上相比，在GC区域的典型质子寿命，太慢，无法解释所观察到的发射的扩展。
2016-07-14 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
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
Streaming cold cosmic ray back-reaction and thermal instabilities across the background magnetic field
利用多流体方法研究了均匀冷宇宙射线垂直于背景磁场漂移时电子-离子等离子体的流动和热不稳定性。考虑了整个磁场的扰动。考虑了宇宙射线的反作用导致的流动不稳定性。在所考虑的模型中，热不稳定性不受宇宙射线的影响。导出了热不稳定性的色散关系，其中包括等离子体和宇宙射线的声速、阿尔文和宇宙线的漂移速度。这些参数之间的关系决定了从帕克型到菲尔德型的热不稳定性。所得结果可用于更详细地研究电子-离子天体，如星系团，包括流动宇宙射线的动力学。
2012-07-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fickian and non-Fickian diffusion of cosmic rays
在星系星际介质动力学的研究中，对宇宙线输运的流体近似往往优于动力学描述，因为它们允许更简单的分析和数值处理。ISM的磁流体动力学（MHD）模拟通常将CR动力学作为CR能量密度的对流扩散方程，具有各向异性的、磁场对齐的扩散，其中扩散通量假定服从菲克定律。我们比较测试粒子和流体模拟的CR在一个随机的磁场。我们证明，CR扩散的非菲克公式（对应于CR能量密度的电报方程）可以很容易地校准，以非常准确地匹配测试粒子模拟。特别是，我们认为一个随机的磁场在流体模拟中，具有较低的空间分辨率比粒子模拟中使用的扩散张量的适当选择，可以有效地解释未解决的（亚网格）尺度的磁场。我们表明，出现在电报方程的特征时间可以物理解释为粒子达到扩散制度所需的时间，我们强调的Fickian描述的CR流体是无法描述复杂的边界或初始条件的CR能量通量。
2019-05-16 astro-ph.HE
New evidence for charge-sign dependent modulation during the solar minimum of 2006 to 2009
PAMELA空间实验自2006年以来一直在轨道上运行，在最近的A < 0太阳活动最小期期间测量了宇宙射线。在这段时间里，银河系的电子和质子分别被探测到低至70 MV和400 MV，它们的差分强度随时间的变化被以前所未有的精度监测到。这些观测结果被用来显示电子和质子对2006年至2009年盛行的安静调制条件的不同反应。粒子漂移作为太阳调制宇宙射线的四种主要机制之一，引起了与电荷符号相关的太阳调制。太阳活动极小期为研究这些漂移效应提供了最佳条件。所观察到的行为进行比较的解决方案的三维模型的宇宙射线在日光层，包括漂移。数值结果证实，在过去的延长太阳极小期的电子和质子谱的演变的差异，在很大程度上归因于粒子漂移。因此，我们提出了新的证据，电荷符号依赖太阳调制，其特殊性的观察期从2006年至2009年的角度。
2016-08-03 astro-ph.HE physics.space-ph
Very high energy emission of Crab-like pulsars driven by the Cherenkov drift radiation
本文研究了Cherenkov漂移波对磁层电子分布反馈驱动的类蟹状星云中甚高能辐射的产生。我们发现，不稳定的切伦科夫漂移模式导致准线性扩散（QLD），保持俯仰角不消失，这反过来又维持同步加速器机制。考虑到类克拉布星系，它已被证明，切伦科夫漂移不稳定性（ChDI）的增长率是相当高的，表明该过程的高效率。通过对典型参数的机理分析，发现极紫外到硬$X$ -射线的切伦科夫漂移辐射与GeV波段的VHE同步辐射有很强的相关性。
2015-11-05 astro-ph.HE
Modeling supernova remnants: effects of diffusive cosmic-ray acceleration on the evolution, application to observations
我们提出了超新星遗迹演化的数值模型，使用新版本的流体动力学代码SUPREMNA。我们在程序中加入了宇宙线扩散方程，采用双流体近似。我们研究了不同宇宙线加速效率和扩散系数的模拟超新星遗迹的动力学。我们比较的数值模型与观测数据的第谷和SN 1006超新星遗迹。我们发现模型再现了观测到的爆炸波，接触不连续性和反向冲击波的两个遗迹的位置，从而使我们能够估计宇宙射线粒子的贡献到总压力和宇宙射线的能量损失在这些超新星遗迹。我们推导出在第谷超新星遗迹中由于宇宙射线逃逸而损失的能量约占动能通量的10-20%，在SN 1006中约占20-50%。
2011-05-30 astro-ph.HE
Cosmic-ray transport in blazars: diffusive or ballistic propagation?
冰立方合作组对伽玛射线耀变体TXS0506 + 056观测到的天体物理学起源的PeV高能中微子的探测，与费米测量的3 $σ$意义相关，进一步激发了对耀变体高能粒子产生通道的讨论。许多模型还考虑了强子成分，它不仅会导致耀变体中电磁辐射的发射，而且会导致次级高能中微子和伽马射线的产生。相对论和紧凑的等离子体结构，所谓的等离子体团，已被讨论在这样的耀斑沿喷流轴移动。经常使用的假设，在这样的模型中，扩散传输可以描述在射流等离子体团的粒子进行了研究。虽然在静止的情况下的传输是扩散的参数空间的大部分，燃烧的情况下，总是伴随着一个非扩散阶段的开始。在本文中，我们提出了这些条件，确定的时间尺度，以达到扩散阶段的模型参数的函数在射流。我们表明，带电粒子的运输，扩散或弹道的类型，有很大的影响，对许多可观的，包括光谱能量分布的耀变体。
2021-07-23 astro-ph.HE
Diffusive shock acceleration at EeV and associated multimessenger flux from ultra-fast outflows driven by Active Galactic Nuclei
本文研究活动星系核超快外流终止激波处的扩散激波加速，发现其可将质子加速至EeV能标并有效产生高能中微子，提出UFOs可能是超高能宇宙线和弥散中微子的重要来源。
2023-09-22 astro-ph.HE
Confining the high-energy cosmic rays
扩散激波加速是宇宙射线有效加速的主要候选者。银河系的宇宙射线被认为主要来源于超新星遗迹冲击波的这一过程。将宇宙射线限制在激波区是使该机制有效的关键。人们已经知道，在小尺度上（小于典型的回旋半径），由于宇宙射线在激波前流动，会出现高振幅的非共振不稳定性。对于最高能量的宇宙射线的散射效率，确定作用于较长尺度（即大于宇宙射线回旋半径）的不稳定性类型是有意义的。我们将提出我们的分析结果的不稳定性，在这个政权的行为，并将讨论其驱动机制和典型的增长时间。
2011-10-05 astro-ph.GA 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
Origin and Impacts of the First Cosmic Rays
非热现象在宇宙中普遍存在，宇宙射线在不同的环境中扮演着不同的角色。宇宙大爆炸以来，CR是在何时、何地以及如何首次产生的？我们认为，爆炸波从第一宇宙爆炸在z~20导致韦伯介导的非相对论冲击和CR可以产生的扩散冲击加速机制。我们表明，质子加速至少达到亚GeV的能量，和超新星喷出物的快速组件可能会允许CR实现几个GeV的能量。我们还讨论了第一个CR的其他可能的加速器，包括由于宇宙学结构形成的吸积冲击。这些CRs在早期宇宙中扮演着各种各样的角色，如电离和加热气体，产生磁场，反馈星系形成。
2019-08-20 astro-ph.HE
On energy equipartition between cosmic rays and magnetic fields
对同步加速器观测的解释通常假设磁场和宇宙射线能量密度之间存在紧密的相关性。我们使用宇宙射线的试验粒子模拟和包括宇宙射线作为扩散流体的MHD模拟来检验这个假设。我们发现在湍流尺度下，宇宙射线和磁场能量密度之间没有空间相关性。而且宇宙线数密度和磁场能量密度在统计上是独立的。然而，宇宙射线的空间分布是高度不均匀的，特别是在低能量下，因为粒子被困在随机的磁镜之间。这些结果可以显著改变同步加速器观测的解释，从而改变我们对银河系和附近螺旋星系中磁场的强度和结构的理解。
2018-10-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Rays in Intermittent Magnetic Fields
宇宙射线在湍流磁场中的传播是一个由随机磁场涨落引起的带电粒子散射驱动的扩散过程。这种磁场通常是高度间歇性的，由强烈的磁丝和磁带组成，周围环绕着较弱的非结构化波动。对宇宙射线传播的研究在很大程度上忽略了非线性，而是依赖于高斯随机磁场。使用测试粒子模拟，我们调查宇宙射线在间歇性，发电机产生的磁场扩散。结果进行了比较，从非间歇性磁场具有相同的功率谱。磁不透性的存在显著增强了宇宙射线在广泛粒子能量范围内的扩散。我们证明，结果可以解释相关的随机游走。
2017-03-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Spectrum 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激波上下游的磁场放大和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。在IIb型信噪比中，Fe离子的最大加速粒子能量可达$5\cdot10^{18}$ eV。计算出的宇宙射线在银河系中传播后的能谱与在地球上测得的能谱符合得很好。
2010-05-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
From E. Fermi to Fermi-LAT: watching particle acceleration in supernova remnants
几十年来，超新星遗迹一直被认为是银河系宇宙射线（CR）的来源。然而，只有随着费米-LAT的出现，才有可能探测到--至少在一些信噪比中-- γ射线，其来源无疑是强子的，即由于相对论性核与背景等离子体碰撞产生的中性π介子衰变。当与其他波段（从射电到TeV γ射线）的观测相结合时，费米-LAT数据提供了CR谱比扩散激波加速的标准预测明显陡峭的证据，迫使我们重新思考我们对强激波下有效粒子散射的理论理解。我们概述了如何，包括CR触发的磁场放大的影响，它是可能的调和非线性模型的扩散冲击加速与γ射线观测，特别是提供了一个成功的应用，这样的理论第谷的SNR。最后，我们展示了动力学模拟如何研究加速粒子和磁场的非线性耦合的微观物理，从第一性原理探索费米机制在强冲击下的效率
2013-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Transport of high-energy charged particles through spatially-intermittent turbulent magnetic fields
确定最高能量宇宙射线的来源需要了解它们是如何被随机的、空间上间歇性的星系间磁场偏转的。在这里，我们报告的测量充满活力的带电粒子通过激光产生的磁化等离子体与这些属性的传播。我们通过实验表征了颗粒的扩散传输。结果表明，输运是扩散的，并且对于最高能量宇宙射线的感兴趣的区域，扩散系数不受磁场的空间不稳定性的影响。
2020-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
