The Spectrum of the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Emission Derived From First-Year Fermi Large Area Telescope Data
我们报告的第一个费米大面积望远镜（LAT）测量的所谓的“河外”弥漫伽马射线发射（EGB）。这部分的漫射伽马射线辐射通常被认为在天空中具有各向同性或接近各向同性的分布，在文献中讨论了不同的贡献。EGB的推导是基于明亮的前景弥漫银河伽马射线发射（DGE），检测到的LAT源和太阳伽马射线发射的详细建模。我们发现EGB的光谱符合幂律，微分光谱指数g = 2.41+/-0.05，强度I（> 100 MeV）=（1.03+/-0.17）10^-5 cm^-2 s^-1 sr^-1，其中误差主要是系统学的。我们的EGB光谱是无特征的，强度较低，比EGRET数据得出的更软。
2010-02-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extragalactic Very-High-Energy gamma-ray background
利用费米望远镜观测的数据研究了河外弥漫伽玛射线背景的起源。为了估计本底水平，我们计算了银河系高纬度|b| >60度的光子。减去与已知源和剩余宇宙线和银河系扩散背景相关的光子，我们估计河外伽玛射线背景（EGB）通量。我们发现EGB在30 GeV以上的甚高能（VHE）带的光谱遵循BL Lac的堆叠光谱。LAT数据揭示了BL Lac源星系群的正（1+z）^k，1<k<4宇宙学演化与它们的母体FR I射电星系群一致。我们表明，在E>30 GeV的EGB可以完全解释未解决的BL Lac的发射，如果k~3。
2012-07-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Assessing the signatures imprinted by star-forming galaxies in the cosmic $γ$-ray background
近年来，在本宇宙中的恒星形成星系（SFG）中，包括M82、NGC 253、Arp 220和M33，都探测到了$γ$射线辐射。这种辐射的大部分被认为是强子起源，来自宇宙射线（CR）与其宿主星系的星际介质的相互作用。遥远的SFG在$γ$射线中也可能是明亮的。虽然它们作为点源是不可分辨的，但遥远的未分辨SFG群对河外$γ$射线背景（EGB）贡献了$γ$射线。尽管\textit{Fermi} -LAT $γ$射线空间望远镜在十多年的运行中收集了大量高质量的全天空EGB数据，但SFG对EGB的确切贡献仍然没有得到解决。在这项研究中，我们模拟的$γ$ -射线发射SFG人口，并表明，这种发射的特点是只有少数的物理动机的参数。我们进一步表明，源人口将在EGB中留下各向异性的签名，这可以用来产生有关的基本属性，动力学和富CR的SFG的演化信息。
2021-07-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
The diffuse extragalactic gamma-ray background radiation: star-forming galaxies are not the dominant component
本研究基于邻近星系伽马射线光度校准和高红移巡天数据，计算发现恒星形成星系对费米未分辨河外伽马射线背景的最大贡献仅约50%–60%（1–10 GeV），并非主导成分。
2025-06-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Inverse Compton Contribution to the Star-Forming Extragalactic Gamma-Ray Background
费米已经分辨出了几个恒星形成的星系，但绝大多数恒星形成的宇宙都没有被分辨出来，因此对河外伽马射线背景（EGB）有贡献。在这里，我们计算的贡献，从恒星形成星系的EGB在费米范围从100 MeV到100 GeV，由于逆康普顿（IC）散射的星际光子场的宇宙射线电子。我们首先为一个单一的恒星形成星系构建一个单区模型，假设超新星为宇宙射线的加速提供动力。导致伽马射线的相同IC相互作用也大大有助于高能宇宙射线电子的能量损失。因此，一个星系的IC辐射是由IC损失在宇宙射线电子能量收支中的相对重要性决定的（“偏量热法”）。我们使用我们的银河IC光度的模板，以找到恒星形成星系的宇宙学贡献的EGB。对于我们的所有模型，我们发现IC EGB贡献几乎是一个数量级小于由于宇宙射线离子相互作用（主要是π介子p_cr p_ism \rightarrow π_0 \rightarrow γγ）的发射峰值，即使在最高的费米能量，IC是次显性的。此外，平坦的IC谱增加了π +IC和的高能量信号，使其与费米观测到的EGB谱指数更好地一致。部分量热法确保整体IC信号受到良好约束，对于合理的模型选择，振幅和光谱形状只有适度的不确定性。宇宙射线电子的偏量热法在正常星系和星暴星系中都成立，因此我们在计算中包括了星暴。最后，我们简要讨论了如何利用π谱特征和其他方法来测量EGB的恒星形成成分。
2012-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Deciphering Contributions to the Extragalactic Gamma-Ray Background from 2 GeV to 2 TeV
银河系外的天体物理源，如活动星系核和恒星形成星系，在伽马射线天空中留下了几乎各向同性的辐射，称为河外伽马射线背景（EGB）。虽然这些光源中最亮的可能被单独分辨，但它们较暗的对应物则是分散的。在这项工作中，我们使用最近开发的分析方法，称为非泊松模板拟合，长达93个月的公开数据从费米大面积望远镜，以确定组成EGB的点源的属性。这种分析利用光子计数统计来探测这些源种群的聚集特性，这些源种群低于已公布的目录的灵敏度阈值。我们测量的源计数分布和点源强度，作为能量的函数，从2 GeV到2 TeV。我们发现，EGB是占主导地位的点源，可能耀变体，在所有七个能源子箱考虑。这些结果的解释冰立方的PeV中微子，这可能是来自源，有助于EGB的非耀变体的组成部分的影响。此外，我们评论未来的TeV天文台，如切伦科夫望远镜阵列的影响。我们提供的天空图显示了最有可能包含这些新来源的位置，在低（< 50 GeV）和高（> 50 GeV）的能量，用于未来的观测和互相关研究。
2017-01-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子在UHECR传播过程中产生的扩散通量，并推导出UHECR源的可能的宇宙学演化的约束。特别是，我们表明，混合成分的情况下，这是在协议（一）俄歇测量的能谱和成分的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光分量中检测到的KASCADE-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。
2017-07-04 astro-ph.HE
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子产生的UHECR的扩散通量，并推导出可能的宇宙学演化的UHECR源的约束。特别是，我们表明，在\citet{Globus2015b}中考虑的混合组合物的情况下，这是在协议（i）俄歇测量的能谱和组成的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光组件中检测到的卡斯卡德-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。我们还讨论了未来实验的可能性，以检测相关的宇宙成因中微子和进一步限制的UHECR模型，包括可能的次主导UHECR质子源。
2017-04-03 astro-ph.HE
Constraining Galactic dark matter with gamma-ray pixel counts statistics
对新物理（如暗物质）的伽马射线搜索通常是通过调查河外伽马射线背景（EGB）的组成来驱动的。经典的EGB分解方法表现在解决个别点源和解剖剩余的未解决的组件的强度谱。此外，统计方法最近已被证明优于经典的源检测算法的灵敏度在未解决的通量制度中找到点源人口。在这篇文章中，我们采用1点光子计数统计的八年的费米-LAT数据，以解决人口的河外点源，并分解银河系纬度|b| >30度的扩散各向同性背景的贡献。我们使用三个相邻的能量箱之间的1和10 GeV。这是第一次，我们扩展的分析，将潜在的贡献，从湮灭暗物质顺利分布在银河系。我们调查的灵敏度达到1点统计约束的热平均自湮灭截面<σv>的暗物质，使用不同的模板模型的银河系前景发射。给出了官方的费米-LAT星际辐射模型，我们设置的DM自湮灭截面<σv>的上限与其他间接检测方法，特别是通过堆叠分析几个矮球状星系获得的限制。
2018-08-25 astro-ph.HE
The correlation of extragalactic $γ$-rays with cosmic matter density distributions from weak-gravitational lensing
河外$γ$射线背景（EGB）是由已分辨和未分辨河外源的$γ$射线辐射以及扩散过程的积累而产生的。在宇宙学结构形成的背景下，研究EGB的统计特性是非常重要的。已知的天体物理学$γ$射线源，如耀变体，恒星形成星系和射电星系，预计将跟踪基本的宇宙物质密度分布。我们探讨的EGB从费米-LAT数据与斯巴鲁超Suprime-Cam（HSC）SSP调查的大尺度物质密度分布的相关性。我们重建了一个公正的表面物质密度分布$κ$在$z<1$弱引力透镜分析的第一年HSC数据。然后计算$γ- κ$互相关。我们的测量是一致的零检测，但在30-60弧分的角尺度，特别是当遥远的源星系在$z > 1$用于透镜$κ$重建弱相关。这种大尺度的相关性暗示了像耀变体这样的高红移$γ$射线源的强烈聚集。然而，$4-5$的推断偏倚因子比其他聚类分析的结果大约2倍。覆盖1,400平方度的最终HSC数据将在精确确定$z > 0.5$的耀变体方面发挥重要作用。
2018-06-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The origin of Cosmic-Rays from SNRs: confirmations and challenges after the first direct proof
到目前为止，提供一个明确的宇宙线（CR）起源的实验证据一直难以捉摸。超新星遗迹（SNR）研究表明，随着理论模型的不断完善，情况越来越复杂。中年超新星遗迹（SNR）W44最近引起了人们的关注，因为它与银河宇宙射线的起源有关。伽马射线飞行任务AGILE和Fermi首次为信噪比建立了200 MeV以下的光谱连续区，这可归因于中性π介子发射。我们的工作重点是对W44中粒子加速的所有可用数据和模型进行全球重新评估，我们的分析加强了以前对W44复杂环境的研究和观察，为更详细的建模提供了新的信息。然而，确定了强子性质的伽玛射线发射的坚实的地面上，一些理论上的挑战仍然有待解决的背景下，CR加速SNR。
2014-10-15 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
Constraints on the origin of the first light from SN2014J
我们研究了超新星2014 J（SN 2014 J）的非常早期的光变曲线，使用KELT（Kilodegree Extremely Little Telescope）获得的高节奏宽带成像数据，KELT在爆炸时偶然观察到M 82，在探测前两个多月开始，每晚多达20次观测。这些观测得到了两个窄带滤波器的观测的补充，这两个窄带滤波器用于由中间的帕洛玛瞬态工厂（iPTF）对附近星系进行的H $α$调查，也捕捉到了\sn变亮的最初几天。光变曲线的演变与大尺度尺度材料$\gsim 1 R_{\odot}$冷却时的预期信号一致。这可能是由于祖星、伴星或先前存在的星周环境的加热物质，例如，形成了一个吸积盘。在爆炸后的第一天，在光变曲线中看到的结构也可能来自爆炸白矮星外部的放射性物质，正如早期对伽马射线的探测所表明的那样。模型简并性转化为SN 2014 J第一束光估计值的$\pm 0.3$天的系统不确定性。
2014-11-24 astro-ph.HE
The highest energy neutrinos: first evidence for cosmic origin
中微子天文学的发展在很大程度上是由对宇宙射线源的探索所推动的，在很早的阶段就产生了立方千米中微子探测器的概念。近四十年后，这样一个仪器，冰立方，正在收集数据，并产生了宇宙起源的高能中微子流的第一个证据。在简要回顾了该领域的历史之后，我们将介绍IceCube，并描述使用完整仪器进行的首次数据分析。大气中微子通量不能容纳超过28个能量超过60 TeV的中微子。我们将简要地推测这些事件的起源。对IceCube结果特别感兴趣的读者可以直接参考第3节。
2013-11-25 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
A Common Origin for Low Mass Ratio Events Observed by LIGO and Virgo in the First Half of the Third Observing Run
在第三次观测运行中，LIGO/Virgo合作宣布了一个潜在的中子星-黑洞（NSBH）合并候选者，GW 190426_152155。这两个事件与GW 190814一起，属于一类二次质量小于$3 \, M_{\odot}$的双星。虽然GW190426_152155的次级系统与质量为$1.5^{+0.8}_{-0.5} \, M_{\odot}$的中子星一致，但GW 190814的次级系统是一个$2.59^{+0.08}_{-0.09} \, M_{\odot}$天体，并被视为第一个确认检测到的质量间隙天体。在这里，我们认为，这两个事件可能有一个共同的起源如下：都是作为NSBH系统形成的，但是，较大的逃逸速度的一个系统，更大质量的主要BH增加了从超新星爆炸导致形成的NS的喷出物材料的结合分数。这种束缚的物质形成了一个盘，它优先吸积在NS上。该方案预测次要组件质量应与主要组件质量相关，这与GW 190426_152155和GW 190814一致。如果这一假设被即将到来的观测所证实，那么在推断它们的全局特征时，GW 190814类事件可以从二元黑洞种群中排除。
2021-01-06 astro-ph.HE gr-qc
Early black-hole seeds in the first billion years
拥有十亿太阳质量的超大质量黑洞已经存在于第一个Gyr中，然而，在如此短的时间内，它们的起源和成长是非常具有挑战性的。本文讨论了早期黑洞种子的形成途径，指出了恒星起源的轻黑洞种子的极限，以及在特殊的原始条件下气体直接坍缩产生的重/大质量黑洞种子的预期特征。为了对可能的候选者和环境介质的作用得出结论，我们使用N体流体动力学模拟的结果，包括原子和分子非平衡丰度计算，冷却，恒星形成，反馈机制，恒星演化，SNII，AGB和SNIa中几种重元素的金属扩散，和多频辐射转移超过150个频率耦合到化学和SED发射的popII-I和popIII恒星源。标准的恒星起源的轻黑洞不太可能是早期超大质量黑洞的可靠种子，因为在现实的假设下，它们不可能在不到10亿年的时间内显著增长。另外，大质量黑洞的种子可能来自原始静止的小晕中原始气体的直接坍缩，这些小晕暴露在附近恒星形成区的恒星辐射下。形成这些重粒子所需的必要条件必须辅之以关于当地环境的复杂特征和化学演变与辐射转移之间的精细平衡的信息。
2020-06-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
A binary origin for the first isolated stellar-mass black hole detected with astrometric microlensing
银河系被认为拥有数亿个静止的恒星质量的黑洞（BH）。在过去的十年中，其中一些物体可能通过引力微透镜事件被发现。所有这些检测导致了透镜的速度和质量之间的简并。这种简并性随着最近对OB 110462的天体测量微透镜探测而第一次被解除。然而，两项独立研究报告了该事件的非常不同的晶状体质量。Sahu等人（2022）推断透镜质量为7.1 $\pm$ 1.3 Msun，与BH一致，而Lam等人（2022）推断为1.6 - 4.2 Msun，与中子星或BH一致。在这里，我们研究的景观孤立的BH形成在外地。特别是，我们专注于质量和质心速度的四个子群：孤立的BH从单星起源，破坏BH的双星起源，主序星与紧凑的对象伴侣，和双紧凑对象合并。我们的模型预测，大多数（$\gtrsim$ 70%）孤立的BH在银河系的二进制起源。然而，非相互作用导致大多数大质量BH（$\gtrsim$ 15 - 20 Msun）主要是单一起源。假设OB110462是一个自由浮动的紧凑型天体，我们得出结论，它更有可能是一个BH最初属于一个双星系统。我们的研究结果表明，低质量的BH微透镜事件可能有助于了解银河系中大质量恒星的双星演化，而高质量的BH透镜可能有助于探测单个恒星演化。
2023-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Titans of the Early Universe: The Prato Statement on the Origin of the First Supermassive Black Holes
近年来，z~7质量类星体的发现对我们理解早期宇宙中超大质量黑洞的起源和生长提出了巨大的挑战。越来越多的观测和理论证据表明，由超大质量恒星坍缩形成的大质量种子，是这种早期大质量吸积黑洞的祖先模型。虽然我们的理论理解已经取得了相当大的进展，但关于这些物体如何形成（以及多久形成一次），它们如何生存和死亡，以及下一代天文台如何对这些原始泰坦的起源产生新的见解，仍然存在许多问题。这篇评论的重点是我们目前对这个非凡的形成场景的理解，基于2017年11月20日至24日在莫纳什普拉托中心举行的研讨会“早期宇宙的泰坦：第一个超大质量黑洞的起源”期间的讨论。"
2019-05-22 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
