Supernova Remnants as the Sources of Galactic Cosmic Rays
宇宙射线的起源在被发现几百年后仍有许多未解之谜。超新星遗迹一直是银河系宇宙射线最可能的来源。我在这里讨论一些最近的证据，表明超新星遗迹确实可以有效地加速宇宙射线。对于这次会议专门的天文研究所乌得勒支我把重点放在工作是在我的小组，但放在更广泛的背景下：有效的宇宙射线加速和宇宙射线逃逸的意义，同步辐射和磁场放大的证据，来自宇宙射线前体的潜在X射线同步辐射，最后，我总结了宇宙射线逃逸对像第谷这样的Ia型遗迹和像Cas A这样的核心坍缩遗迹的影响。
2012-06-11 astro-ph.GA 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
Galactic synchrotron emission from WIMPs at radio frequencies
星系晕中的暗物质湮灭注入相对论性电子和正电子，这些电子和正电子在与银河磁场相互作用时产生同步辐射。我们计算各种暗物质湮灭渠道，群众和天体物理假设在低频范围内的同步辐射通量，并比较我们的结果与无线电调查从22 MHz到1420 MHz。我们发现，目前的观测能够约束粒子暗物质的“热”湮灭截面，即（σv）= 3 x 10^-26 cm^3/s，质量M_DM < 10 GeV。我们讨论了这些边界的依赖天体物理学假设，即银河系暗物质分布，宇宙射线传播参数，和银河系磁场的结构。展望了未来无线电探测的前景。
2012-01-10 astro-ph.GA
Gamma Rays From The Galactic Center and the WMAP Haze
最近，对费米伽马射线太空望远镜数据的分析揭示了一个伽马射线通量集中在银河系内部约0.5度的地方，其光谱在2-4 GeV处急剧峰值。如果解释为湮灭暗物质的产物，这个信号意味着暗物质由质量在7.3和9.2 GeV之间的粒子组成，主要湮灭为带电轻子。该质量范围与CoGeNT和DAMA/LIBRA报告的信号所需的质量范围非常相似。除了伽马射线外，暗物质还被预测在内星系中产生高能电子和正电子，它们与银河磁场相互作用的结果是发射同步加速器光子。在这封信中，我们计算的流量和光谱的同步辐射假设来自银河系中心的伽马射线来自暗物质，并比较结果从WMAP卫星的测量。我们发现，在这种情况下，预计会出现相当大的硬同步加速器发射通量，这可以很容易地解释“WMAP Haze”的观测强度、光谱和形态。
2011-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A synchrotron self-Compton -- disk reprocessing model for optical/X-ray correlation in black hole X-ray binaries
通过高时间分辨率的光学/X射线同步观测，对X射线双星发射机制的物理图象提出了质疑。在三个黑洞双星中观测到的两个能带的光变曲线似乎是相连的，互相关联函数呈现复杂的形状。它们显示了在X射线峰值之前几秒钟的光发射下降和在X射线峰值之后的光学耀斑。这种行为不能用标准光发射候选者（例如，来自冷的吸积盘或喷流的发射）。我们提出了一个新的模型，它解释了宽频带的X射线光谱和可变性的性质。我们认为光辐射由两部分组成：来自热吸积流中非热电子的同步辐射和X射线在吸积盘外部再加工产生的辐射。第一个分量与X射线是反相关的，而第二个分量是相关的，但相对于X射线是延迟和模糊的。这些成分的相互作用解释了交叉关联函数的复杂形状、光功率谱密度的特征以及时间滞后。
2011-06-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
VHE gamma-ray observations of the young synchrotron-dominated SNRs G1.9+0.3 and G330.2+1.0 with H.E.S.S
超新星遗迹（SNR）被广泛认为是宇宙射线（CR）的加速器。它们还有望通过高能粒子与周围介质和光子场的相互作用产生极高能（VHE; $E > 100$ GeV）伽马射线。因此，它们是像H.E.S.S. S这样的地面成像大气切伦科夫望远镜观测的有希望的目标。望远镜阵列VHE伽马射线辐射已经从一些SNRs中被发现，使它们成为VHE领域中的一个突出的源类。特别令人感兴趣的是其X射线光谱由非热同步辐射主导的少数SNR，例如VHE伽马射线发射器RX J0852.0-4622（Vela Jr.）和RX J1713-3946。壳型SNR G1.9+0.3和G330.2+1.0也属于这个子类，并且还因其年轻的年龄（$\leq 1$ kyr）而更加引人注目，特别是G1.9+0.3，它最近被确定为银河系中最年轻的SNR（$\sim100$ yr）。这些独特的特征促使H.E.S.S.进行调查。寻找VHE伽马射线H.E.S.S.观测和分析，以及潜在的粒子加速情景的影响。
2012-03-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Non-thermal X-rays and interstellar gas toward the γ-ray supernova remnant RX J1713.7-3946: Evidence for X-ray enhancement around CO and HI clumps
RX J1713.7-3946是最引人注目的甚高能γ射线超新星遗迹，它发射的同步辐射X射线没有热特征。为了更好地理解X射线与分子和原子气体之间的关系，我们对CO、HI和X射线进行了比较研究。结果表明，X射线增强周围的CO和HI团块的pc尺度上，但在0.1 pc尺度上的团块内减少。激波与分子和原子气体相互作用的磁流体动力学数值模拟表明，激波与团块之间的相互作用激发了湍流，从而放大了团块周围的磁场（Inoue等人，2012年）。我们认为，CO和HI团簇周围的放大磁场增强了同步加速器X射线，并可能加速宇宙射线电子。
2013-09-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Relative distribution of cosmic rays and magnetic fields
来自宇宙射线的同步辐射是对银河系磁场进行观测的一个关键探测。解释同步辐射数据需要宇宙射线数密度的知识，宇宙射线数密度通常被认为与磁场能量处于能量均分（或以其他方式紧密相关）。然而，没有令人信服的观察或理论理由来预期这种紧密的相关性在所有尺度上都成立。我们使用测试粒子模拟，跟踪带电粒子（质子）通过随机磁场的传播，研究宇宙射线分布的尺度相当于星际介质（$\simeq 100\,{\rm pc}$在螺旋星系）中的湍流的相关尺度。在这些模拟中，我们发现宇宙线数密度和磁场能量密度之间不存在空间相关性。事实上，它们的分布在统计上近似独立。我们发现低能宇宙射线可以被困在磁镜之间，磁镜的位置更多地取决于场线的结构而不是场强。
2017-10-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
An X-rays-to-radio investigation of the nuclear polarization from the radio-galaxy Centaurus A
本研究利用半人马座A核心的全色偏振数据，构建光谱能量分布，证实同步自康普顿模型可拟合射电到X射线偏振流量，支持其粒子加速的激波加速机制。
2023-10-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Possible Evidence for Cosmic-Ray Acceleration in the Type Ia SNR RCW 86: Spatial Correlation between TeV Gamma rays and Interstellar Atomic Protons
我们提出了一个详细的形态学研究TeV的伽马射线，同步辐射，和星际气体在年轻的Ia型超新星遗迹（SNR）RCW 86。我们发现星际原子气体与γ射线具有良好的空间相关性，表明来自RCW 86的TeV γ射线可能主要来自强子。相反，星际分子云和TeV伽马射线之间的空间相关性是穷人在东南壳的SNR。我们认为，这种相关性差的原因是由于~ 10-100 $μ$ G的稠密分子云周围的湍流磁场增强，导致低能宇宙线（~ 1 TeV）不能穿透稠密分子云。我们还发现，西南壳，这是明亮的同步加速器X射线和无线电连续辐射，显示出显着的伽马射线过剩相比，星际质子柱密度，这表明轻子伽马射线通过逆康普顿散射可能有助于随着强子伽马射线。年轻的TeV伽马射线超新星$-$ RX J1713.7 $-$ 3946、Vela Jr、HESS J1731 $-$ 347和RCW 86 $-$的宇宙射线总能量大致相似，这表明宇宙射线可以在核心坍缩和Ia型超新星中被加速。宇宙射线的总能量由气体密度~ 10 $^{48}$ -10 $^{49}$ erg导出，给出了一个安全的下限，这主要是因为壳层内星际气体的填充因子很低。
2019-05-01 astro-ph.GA 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
Characterization of the western Pictor A hotspot in the hard X-rays with NuSTAR
本研究利用NuSTAR和Chandra观测Pictor A西热点，首次在10 keV以上显著探测到X射线辐射，证实其同步辐射本质并揭示电子能量达数TeV。
2024-06-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma-ray and radio background constraints on cosmic rays in Milky Way circumgalactic medium
研究了宇宙射线（CR）与银河系弥散环星系气体相互作用产生的强子$γ-$射线辐射和射电同步辐射。我们的目标是约束我们的环银河系介质（CGM）的帮助下，所观察到的各向同性$γ$射线背景（IGRB），其各向异性和无线电连续的CR人口。我们修改了不同的模型CGM气体在流体静力平衡中讨论的文献中，包括宇宙线人口，参数化$η\equiv P_{\rm CR}/P_{\rm th}$。对于最简单的等温模型，虽然IGRB强度允许$η\lesssim 3$，但太阳系偏离中心位置（MW）导致的各向异性排除了所有$η$值。对于沉淀模型，其中CGM气体的冷却以冷却时间与自由下落时间的最佳比率进行调节，而观察到的IGRB强度允许$η\lesssim 230$，观察到的各向异性仅允许非常大的$η$值，为$\gtrsim 100$。射电连续谱限制了降水模型的$η\lesssim 400$，并且不约束等温模型，然而，这些约束通过与CR扩散时间尺度相当的同步辐射损失时间来减轻。这些界限是相关的，目前的数值模拟表明一个显着的CR人口CGM星系MW质量。
2020-10-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
X-rays associated with the jet-cloud interacting radio galaxy 3C 277.3 (Coma A): implications for energy deposition
我们报告发现与钱德拉的X射线发射气体与喷云相互作用在射电星系3C 277.3（后发座A），一个源，属于最重要的功率范围内的无线电模式反馈在宇宙中。这种被喷流加热的热气体主导了云的质量，这导致了千帕次尺度射电喷流的极端投影偏转。从3C 277.3的核发射的高吸收X射线证实了喷流靠近天空平面，因此具有很大的内在偏转。我们在射电瓣的尺度上探测到了群气体，并看到X射线空腔与最明亮的射电辐射相吻合，我们认为X射线增强的瓣是冲击的结果。X射线臂和H $α$发射细丝的位置之间的反相关性被认为是源于与一个或多个富含气体的星系的合并，这表明在叶周围前进的冲击被致密的较冷物质所抑制。同步加速器X射线发射是从第二个明亮的无线电结的上游边缘检测到的。X射线也从未被探测到的反喷流进入北部无线电热点的位置被探测到。我们认为这些X射线是来自小尺度亚结构中激波的同步辐射。
2016-02-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stochastic background of gravitational waves from cosmic-rays
本文研究磁场中宇宙射线带电粒子产生的引力辐射，给出辐射功率的唯象近似，并推导银河系与河外星系电子、质子对应的随机引力波背景形状和峰值频率。
2025-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Morphology of the Galactic Dark Matter Synchrotron Emission with Self-Consistent Cosmic Ray Diffusion Models
在弱相互作用暗物质的范例中，一个普遍的预测是在高暗物质密度的区域中，由暗物质对湮灭产生相对论粒子。在银河系中心由暗物质湮灭产生的超相对论电子和正电子应该会产生一种弥散的同步辐射。同步加速器暗物质雾的光谱形状取决于粒子模型（其次是银河磁场），而雾的形态主要取决于（1）暗物质密度分布，（2）银河磁场形态，（3）高能宇宙射线轻子的扩散模型。有趣的是，在WMAP卫星报告的数据中，有一种未经确认的过量微波辐射，其特征与暗物质模型预测的特征相似，被称为“WMAP烟雾”。在这项研究中，我们进行了自洽处理的变量上面列举的，从宇宙射线，无线电调查和扩散伽马射线的现有数据强制约束。我们概述并预测了“暗物质雾霾”的一般形态和光谱特征，并将其与WMAP雾霾数据进行了比较。我们还表征和研究了由相同的高能电子和正电子的人口所产生的逆康普顿发射的光谱和空间分布。我们指出，在不同频率的无线电发射的频谱和形态是一个强大的诊断，以测试是否银河系同步加速器雾确实起源于暗物质湮灭。
2010-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Cosmic rays and non-thermal emission in simulated galaxies: III. probing cosmic ray calorimetry with radio spectra and the FIR-radio correlation
星系恒星形成率（SFR）的无干扰估计对于理解高红移宇宙至关重要。为此，近线性，紧密相关的远红外（FIR）和射电光度的恒星形成星系被广泛使用。虽然FIR与大质量恒星的形成有关，也会产生冲击加速宇宙射线（CR）电子和无线电同步辐射，但仍然缺乏对潜在物理学的详细了解。因此，我们进行三维磁流体动力学（MHD）模拟孤立星系的晕质量和SFRs的范围很广，使用移动网格代码AREPO，并发展CR质子能量密度自洽。在后处理中，我们计算了强子CR质子与星际介质相互作用产生的初级CR电子、冲击加速CR电子和次级CR电子的稳态谱。由此产生的总的无线电光度与所观察到的远红外区的光度，并占主导地位的初级CR电子，如果我们考虑各向异性CR扩散。在星爆中，二次辐射的贡献增加到30%，这是由较大的韧致辐射和库仑损失所补偿的。CR电子处于量热极限，并且通过与星光和宇宙微波背景（CMB）光子的逆康普顿相互作用而损失大部分能量，而较少的能量被转换为同步辐射。这意味着陡峭的稳态同步辐射光谱在星爆。有趣的是，我们发现，热自由-自由发射硬化的总无线电频谱在高射频和调和量热理论与观测，而自由-自由吸收解释了观察到的低频率平坦化的中心地区的恒星爆发。
2021-05-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Polarimetric Imaging of Sgr A* in its Flaring State
银河系的超大质量黑洞，Sgr A *，大约每6小时产生一次红外辐射爆发，有时还伴随着能量更高的X射线。近红外光子是由非热同步加速器过程产生的，但我们仍然不完全了解这些耀斑的起源和原因，也不知道X射线是如何发射的。辐射红外线的幂律电子可以被部分冷却，因此分布可以是具有（"冷却中断"）跃迁频率的中断幂律。此外，发射区似乎相当紧凑，可能仅限于吸积盘的内边缘。在这种情况下，X射线爆发本身可能是由于这个群体中能量最高的粒子的同步加速过程。在本文中，我们研究了这一建议的几个关键特征，产生相对论正确的偏振图像的Sgr A * 的近红外和X射线耀斑发射，以确定（1）是否测量的近红外偏振分数是符合这种几何形状，（2）是否预测的X射线到近红外峰值通量证实了目前可用的多波长观测。我们还计算了X射线偏振分数和位置角（相对于近红外光子），预计在未来几年的测量。我们表明，而X射线的偏振分数和位置角是相似的同步辐射冷却发射的近红外组件，这些数量是可测量的不同时，X射线出现从散射介质。因此，很明显，X射线偏振测量学的发展将成为研究超大质量黑洞附近时空的一个重要的新工具。
2011-09-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gamma-ray and Synchrotron Radiation from Dark Matter annihilations in Ultra-faint Dwarf Galaxies
适用于超暗矮星系（UFD）的非常大（100-1000）的质光比意味着高浓度的暗物质，从而使它们成为暗物质间接特征的理想剧院。在本文中，我们考虑了14个最近发现的UFD和研究从他们发出的电磁辐射在很宽的范围内，从伽马射线下降到射频。我们分析了高能γ射线和射电通量在GMRT和VLA的费米LAT数据，以获得湮灭截面的上限$\langleσv\rangle$在一个模型无关的方式。我们进一步讨论了平方公里阵列射电望远镜探测上述UFD的同步辐射的灵敏度。我们还研究了上述上限对各种天体物理参数测定中的不确定度的依赖性。
2021-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
