Imprints of Cosmic Rays in Multifrequency Observations of the Interstellar Emission
自从宇宙射线（CR）被发现以来，对它在银河系和日球层中传播的模拟取得了重大进展。然而，传播模型遭受许多参数的退化。更复杂的是，最近数据的精确性开始挑战现有的模型。为了解决这些问题，我们使用现有的多频观测的星际辐射从无线电到伽马射线，连同直接CR测量，研究本地星际光谱（LIS）和传播模型。结果表明，在不考虑太阳调制的情况下，电子激光干涉系统的特性得到了很好的描述，并提出了较好的传输模型。更准确地说，我们的分析得出了以下主要结论：（1）电子注入谱至少需要在几个GeV以下的中断;（2）即使与直接CR测量一致，产生具有从几百MeV到几个GeV的大全电子密度的LIS的传播模型也不受射电和γ射线观测的青睐;（3）在考虑太阳调制后，直接的CR测量代表了我们~1 kpc区域的质子LIS的通常假设受到了观测到的局部γ射线HI发射率的挑战。我们提供由此产生的质子LIS，全电子LIS和传播参数，基于同步加速器，伽马射线，和直接CR数据。提出了一个简单的扩散模型和一个试探性的扩散-再加速模型。各种型号的研究在银河系内区域的X射线和伽马射线。预测未来的伽马射线仪器（e-ASTROGAM和AMEGO）的星际发射。
2018-04-18 astro-ph.HE
Diffusion of Cosmic Rays in a Multiphase Interstellar Medium Swept-Up by a Supernova Remnant Blast Wave
超新星遗迹（SNRs）是最具能量的天体物理事件之一，被认为是银河系宇宙射线（CR）的主要来源。费米卫星最近的一份观测报告显示，信噪比的伽马射线谱中存在π介子衰变的特征。这提供了强有力的证据表明，高能质子在SNR中被加速。π介子衰变的实际γ射线辐射应取决于CR在星际介质中的扩散。为了定量分析从加速站点的高能量CR的扩散，我们已经进行了CR质子的测试粒子数值模拟使用三维磁流体动力学（MHD）模拟的星际介质被冲击波扫起。我们分析了在我们模拟的信噪比中几个pc量级的CRs的扩散，发现CRs的扩散精确地由Bohm扩散描述，这是有效加速所需的，至少对于实际的星际介质，能量超过30 TeV的粒子。虽然我们在模拟中发现了超扩散过程（传播距离与t^0.75成正比）的可能性，但在SNR中湍流的长度尺度上，它对CR扩散的影响是有限的。
2015-06-16 astro-ph.HE
High-Energy Gamma Rays from the Milky Way: Three-Dimensional Spatial Models for the Cosmic-Ray and Radiation Field Densities in the Interstellar Medium
星际起源的高能伽马射线是由宇宙射线（CR）粒子与银河系中弥漫的气体和辐射场相互作用产生的。这种发射的主要特点是很好地理解和复制现有的CR传播模型采用2D Galactocentric圆柱对称几何。然而，来自费米大面积望远镜等仪器的高质量数据显示，在几到几十度的尺度上，模型预测存在重大偏差，这表明需要包括银河系螺旋结构的细节，因此需要三维空间建模。在本文中，从银河系的高能星际辐射计算使用新版本的GALPROP代码采用三维空间模型的CR源和星际辐射场（ISRF）的密度。CR源的空间分布的三个模型被用来区分其相对比例的输入光度归因于平滑盘或螺旋臂。两个ISRF模型的基础上开发的恒星和尘埃的空间密度分布从文献再现当地的近远红外观测。星际发射模型，包括臂和隆起的CR源和ISRF密度提供合理的物理解释的功能，发现在残留的地图从高能伽马射线数据分析。CR和ISRF密度的3D模型提供了一个更现实的基础，可用于解释来自银河系的非热星际发射。
2017-08-02 astro-ph.HE
The Fermi-LAT view of cosmic rays and interstellar gas in the Cygnus region: a not so special spot of the Local Arm
天鹅座地区的主机最显眼的恒星形成区域靠近太阳，嵌入在一个巨大的复杂的分子云在本地手臂。我们提出了一个分析的费米-LAT观测天鹅座打算探测宇宙射线和星际物质的内容。根据伽马射线数据，我们估计在距离1.4 kpc的复合体中，星际气体的总质量为（8 + 5 - 1）x 10^6太阳质量。来自原子气体的伽马射线发射支持来自无线电吸收/发射对的平均HI自旋温度，以估计其柱密度。在大质量天鹅座复合体中得出的X（CO）= N（H2）/W（CO）比值与其他LAT对本地和英仙座臂云的估计一致。暗气体的质量，逃脱HI和CO观测，但被尘埃和伽马射线追踪，占总量的10%。我们发现，在0.1 - 100 GeV能带中，每个星际H原子的平均γ射线发射率与本地臂其他部分的测量结果非常一致。尽管天鹅座存在潜在的加速器，而且与太阳系相比，天鹅座的星际密度要大得多，但沿着本星系臂，平均超过几百秒差距的射线密度和光谱是相当均匀的它们的宇宙射线数量在这样的尺度上是相似的。
2011-10-31 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
Escape of cosmic rays from perpendicular shocks in the interstellar magnetic field
研究了星际介质中球形激波从垂直激波区逃逸的过程。超新星遗迹（SNRs）的垂直激波中的扩散激波加速被认为可以在没有上游磁场放大的情况下将宇宙射线（CR）加速到PeV量级。我们估计了由从垂直激波区逃逸所限制的CR的最大能量。通过进行测试粒子模拟，我们证实了理论估计，表明逃逸限制的最大能量在垂直冲击是几个10 TeV的典型Ia型信噪比。因此，为了使ISM中的SNR将CR加速到PeV级别，需要上游磁场放大。几个10 TeV的特征能量标度可能是最近的直接CR观测报告的10 TeV附近的光谱突变的起源。此外，我们还发现，在自由膨胀阶段，快速的垂直激波加速作用在整个激波表面的约20%的面积上，这比超光速激波区的大小要大。我们还讨论了CR电子从垂直激波中的逃逸。
2021-10-01 astro-ph.HE
Fermi LAT Study of the Cosmic-rays and the Interstellar Medium in Nearby Molecular Clouds
我们报告了用{ \it Fermi}大视场望远镜（LAT）对来自附近分子云Chamaeleon、R Coronae Australis（R CrA）以及Cepheus和Polaris耀斑区域的星际伽马射线发射的分析。它们是最近的分子云复合体之一，距离太阳系300 pc以内。这些分子云中的宇宙射线（CR）与星际气体相互作用产生的γ射线辐射对研究太阳系附近分子气体的CR密度和分布是有用的。从250 MeV到10 GeV，这三个区域的γ射线发射率约为（6- 10）$\times$ 10 $^{-27}$光子s $^{-1}$ sr $^{-1}$ H原子$^{-1}$，表明即使考虑系统不确定性，CR密度的变化也为$\sim$的20%.分子质量校正比$X_{\rm CO} = N{\rm (H_2)}/W_{\rm CO}$在三个区域之间约为（0.6- 1.0）$\times$ 10 $^{20}$ H $_2$ -molecule cm $^{-2}$（K km s $^{-1}$）$^{-1}$，表明$X_{\rm CO}$在太阳系附近存在变化。根据所得到的$X_{\rm CO}$值，我们计算了这些分子云中由\Wco \示踪的分子气体的质量。此外，在原子和分子气体之间的界面处也推断出类似数量的暗气体。
2013-03-08 astro-ph.HE
Cosmic rays: interstellar gamma-ray and radio emission
本文讨论了宇宙线感生的星际γ射线与银河系射电辐射的关系，强调了对它们进行平行研究的重要性。我们给出了一个概述的结果从费米-LAT的星际伽玛射线发射，然后集中在补充研究的无线电发射从银河系。
2013-03-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Local Bubble in the interstellar medium and the origin of the low energy cosmic rays
通过对宇宙射线能谱的分析，特别是AMS-02实验的精确数据，支持了局域泡在附近星际介质中的重要作用。这表明，低于约200 GV的刚性（动量/电荷比）的大部分宇宙射线来自局部泡中的超新星遗迹，这些超新星遗迹似乎发生在$10^6$年前，并促成了它的形成。在较高的刚性的贡献，从“本地源”，一个单一的超新星遗迹产生的一些$10^5$年前似乎占主导地位，至少1000 GV。
2016-10-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
The interstellar medium in young supernova remnants: key to the production of cosmic X-rays and $γ$-rays
我们回顾了最近的进展，阐明高能辐射和星际介质（ISM）之间的关系，在年轻的超新星遗迹（SNRs）的年龄为$\sim$ 2000年，特别是集中在RX J1713.7 $-$ 3946和RCW 86。这两个SNR都发射出强烈的非热X射线和TeV的$γ$射线，它们包含了星际气体的聚集分布，其中包括原子和分子氢。我们发现，冲击云的相互作用提供了一个可行的解释之间的空间相关性的X射线和ISM。在这些相互作用中，超新星冲击波击中了典型的pc级致密核心，产生了高度湍流的速度场，将磁场放大到0.1-1 mG。这种放大会导致团簇周围的非热同步辐射增强，而宇宙射线电子不会穿透团簇。因此，非热X射线在pc尺度上表现出与ISM相似的空间分布，而在亚pc尺度上它们是负相关的。这些结果预示了强子$γ$射线可以从致密核中发射出来，导致了$γ$射线和ISM之间的空间对应。目前的pc尺度分辨率的$γ$射线观测是太低，解决这种对应关系。未来使用切伦科夫望远镜阵列进行的$γ$射线观测将能够解析亚pc尺度的$γ$射线分布，并为这些宇宙$γ$射线的起源提供线索。
2021-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
Study of the Cosmic Rays and Interstellar Medium in Local HI Clouds using Fermi-LAT Gamma-Ray Observations
星际气体密度分布的准确估计对于理解星际介质和银河宇宙射线是至关重要的。为了理解ISM和CR在当地的环境中，弥漫$γ$射线发射在第三象限的中纬度地区进行了研究。利用费米大天区望远镜（LAT）0.1- 25.6 GeV能区的$γ$射线数据和其他星际气体示踪剂如HI 4 PI巡天数据及普朗克尘埃热辐射模型，分别对南北两区进行了分析。研究了高温地区沙尘排放Dem随中性气柱总密度NH的变化规律，并在假设CR强度均匀的条件下，利用$γ$射线资料标定了NH/Dem比值。测得的100 MeV以上的积分$γ$射线发射率在北部和南部地区分别为$(1.58\pm0.04)\times10^{-26}~\mathrm{photons~s^{-1}~sr^{-1}~H\mbox{-}atom^{-1}}$和$(1.59\pm0.02)\times10^{-26}~\mathrm{photons~s^{-1}~sr^{-1}~H\mbox{-}atom^{-1}}$，支持太阳系附近存在均匀的CR强度。虽然大多数气体可以被解释为具有$T_\mathrm{S} = 125~\mathrm{K}$或更高自旋温度的HI，但识别出由具有$T_\mathrm{S} \sim 40~\mathrm{K}$的光学厚HI主导的区域。
2020-02-04 astro-ph.HE
Multi-wavelength Signatures of Cosmic Rays in the Milky Way
宇宙射线在银河系中传播，并与星际介质和磁场相互作用。这些相互作用产生跨越电磁波谱的发射，并且是理解远距离区域中CR的强度和光谱的宝贵工具，远远超出直接CR测量所探测的那些。我们提出了最新的CR性能的研究相结合的星际发射和最新的CR直接测量与传播模型的多频观测。
2017-12-28 astro-ph.HE
Cosmic Rays and Interstellar Medium with Gamma-Ray Observations at MeV Energies
最新的精确宇宙射线（CR）测量和目前的伽马射线观测已经开始挑战我们的理解CR运输和相互作用在银河系。此外，由于CR的密度与星际介质（ISM）中的磁场、气体和星光的密度相似，因此CR预计会影响ISM的动力学，包括决定运输和恒星形成的物理和化学过程。在这种背景下，观测低能回旋共振产生的MeV γ射线辐射是非常重要和紧迫的。一个覆盖能量范围在~0.1 MeV和几GeV之间的望远镜，其灵敏度比以前的仪器高出一个数量级以上，将首次允许详细研究低能CR，提供有关其来源、整个银河系的光谱、丰度、传输特性及其在银河系演化和恒星形成中的作用的信息。在这里，我们讨论的CR，ISM（气体，星际光子，和磁场）和相关的伽马射线发射与这样的仪器的研究的科学前景。
2019-03-13 astro-ph.HE
Interstellar gamma-ray emission from cosmic rays in star-forming galaxies
费米/LAT在~0.1- 100 GeV范围内对恒星形成星系的观测使第一次人口研究成为可能。发现了伽马射线光度和恒星形成活动示踪物之间相关性的证据。研究各种全球条件下的银河系宇宙射线（CR）可以获得有关其起源和在星际介质（ISM）中传输的信息。这项工作解决的问题，可以预期的星际伽马射线发射作为全球星系属性的函数的标度律，建立在GeV范围内的当前实验数据是否可以约束的目标。我开发了一个2D模型的非热辐射的稳定状态CR人口与ISM在恒星形成的星系。大多数与CR相关的参数取自银河系研究，然后模拟了大量的星系，大小从4到40 kpc，几种气体分布，恒星形成率（SFR）涵盖六个数量级。在100 keV-100 TeV范围内的伽马射线光度的演变，重点是不同的发射过程和粒子群的贡献，和运输制度之间的过渡。该模型可以重现从费米/LAT人口研究中推断出的大部分SFR范围内的归一化和趋势。这是一个平原扩散计划，一个单一的扩散系数，并假设CR经历大规模的体积平均星际条件。然而，高能伽马射线光度和恒星形成活动之间并没有普遍的关系，正如不同的银河系全球性质所引入的散射和低端伽马射线发射的下降所说明的那样。
2014-02-03 astro-ph.HE
The interstellar environment in the outer Galaxy as seen in gamma rays by Fermi
由宇宙射线（CR）和星际气体之间的相互作用产生的伽马射线辐射在整个银河系中追踪其密度的乘积。外星系是一个特权的调查目标，以分离沿视线看到的星际结构。费米大面积望远镜（LAT）最近的观测揭示了EGRET时代关于CR密度分布和星际介质普查的公开问题。在银河系外测得的伽马射线发射率的梯度比广泛使用的CR传播模型的预测要平坦得多，因为假定的CR源在太阳圈之外迅速下降。需要大的传播体积，晕高度高达20千秒差距，或平坦的CR源分布来匹配数据。其他可行的可能性包括不均匀的CR扩散特性或比无线电/毫米波数据所占的更多的气体。伽马射线数据限制了Xco=N（H2）/W（CO）比在距离太阳几千秒差距内的演化。从古尔德带附近的云层到当地的支线，有一个明显的2倍的增加。没有进一步的显着变化，测量从当地的马刺英仙座螺旋arm. At水平的LAT数据提供的统计精度，最重要的来源的不确定性，往往被忽视，到目前为止，是由于光学深度校正适用于导出的列密度的H I。可靠地确定平面中原子气体的数量是更好地探测银河系中CR性质的关键。
2010-12-02 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
When Dark Matter interacts with Cosmic Rays or Interstellar Matter: A Morphological Study
在银河系中心区域的方向上，超过预期的漫射天体物理背景的过量发射已经在各种波长上被声称，从无线电到伽马射线。在被提倡用来解释这些观测结果的粒子模型中，有几个模型援引了暗物质粒子与普通物质（如宇宙射线、星际气体或自由电子）之间的相互作用。根据特定的星际物质粒子的种类和能量，这些模型预测了不同的形态特征。在这项研究中，我们做了详细的预测模型的形态，相关的电磁辐射是成比例的产品的暗物质密度分布和星际物质或宇宙射线的密度。我们比较预测的纬度和经度分布与观测，并提供了相关的空间模板。
2015-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Sampling of a Clumpy Interstellar Medium
宇宙射线如何对星暴星系中的多相星际介质（ISM）进行采样对许多科学目标具有重要意义，包括评估这些系统的宇宙射线量热计模型，预测它们的中微子通量，以及模拟它们的风。在这里，我们使用蒙特卡罗模拟研究宇宙射线采样的一个简单的，两相ISM的条件下，类似于那些典型的星爆星系M82。宇宙射线采样的平均密度的ISM在星爆区域的假设进行了评估，在一个多维的参数空间，我们不同的分子云的数量，银河风的速度，在何种程度上的磁场是纠缠的，和宇宙射线注入机制。我们评估的发射率从π生产的分子云的发射率，如果宇宙射线采样的平均密度，将被观察到的比率，并寻求参数空间的区域，这个比率显着不同的单位。宇宙射线对平均密度采样的假设在大部分参数空间都成立;然而，这种假设在云密度高、注入点靠近云和磁场非常复杂的情况下开始失效。最后，我们评估我们的模拟星爆区域的行为作为一个质子量能器和构建的时间依赖的宇宙射线的爆发光谱的程度。
2013-10-31 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Induced Diffuse Emissions from the Milky Way and Local Group Galaxies
宇宙射线充满了星系的整个体积，为星际介质的加热和电离提供了重要的来源，并且可能在恒星形成和星系演化的调节中发挥重要作用。宇宙射线与星际介质、星际辐射场和磁场之间的各种相互作用产生的从射电到高能伽马射线（> 100 MeV）的漫发射，是目前追踪银河系和其他星系中宇宙射线强度和光谱的最佳方法。在这篇文章中，我描述了我们最近的工作，模拟银河系等星系的全光谱能量分布，从无线电到伽马射线能量。其他星系，特别是麦哲伦云和M31的费米-LAT的高能量伽玛射线检测的应用程序，也进行了讨论。
2011-12-07 astro-ph.HE
Nuclear enhancement factor in calculation of Galactic diffuse gamma-rays: A new estimate with DPMJET-3
本文利用蒙特卡罗模拟器DPMJET-3，提出了一种新的核增强因子计算方法，用于从质子-质子相互作用中估算银河系弥散γ射线通量，以考虑宇宙射线和星际物质中的重核。在6-1000 GeV/核子的能量范围内，一个新的值为1.8-2.0，随着发射宇宙射线的动能的增加而略有增加，比以前的估计大了大约20%。
2009-04-27 astro-ph.HE
Time variability of TeV cosmic ray sky map
宇宙射线强度在小角度尺度上的变化是由于太阳系附近的星际湍流。我们表明，{湍流起源的小尺度结构意味着}所观察到的宇宙射线强度天图的形态与我们在星际湍流中的位置不同。宇宙射线的回旋半径被证明是与天空图中可观测到的弧度角尺度上的变化相关的长度尺度。强度\mpo{at a certain}角标度变化的程度与我们位置的变化成正比，最大变化大约是现有天空图中该标度处强度变化的幅度。}我们认为，对于TeV的宇宙射线的可测量的变化可能会发生在十年的时间尺度，由于地球的运动通过星际介质，如果星际湍流持续下降到gyroradius，\mpo{about $00\ μ\mathrm{pc}$ for TeV-ish cosmic rays}。观测证据的变化，或没有它，可以提供一个有用的洞察小尺度各向异性的物理起源。
2018-11-19 astro-ph.HE
Nuclear lines revealing the injection of cosmic rays in supernova remnants
在高能量下，来自超新星遗迹的伽马射线的强子起源仍然存在争议。假设观察到的伽马射线从沃尔夫-拉叶超新星遗迹Cas A是由于加速质子和离子，我们预测的核去激发线发射所产生的超新星喷出物中的重元素的相互作用。这个说明性的例子突出了MeV伽马射线观测宇宙射线的强子指纹的重要性。这些谱线可以通过未来的空间飞行任务在MeV波段进行观测，例如GRIPS，已向欧空局提出，GRIPS是一项使用伽马射线、X射线和近红外望远镜的全天观测飞行任务。在MeV伽马射线中，其灵敏度将比以前的任务提高40倍。
2011-06-06 astro-ph.HE
Nuclear de-excitation lines as a probe of low-energy cosmic rays
低能宇宙射线（LECR）对星际介质的能量平衡有着重要的贡献。它们在气体的加热和化学过程中也起着重要的作用，因此，在恒星形成过程中也起着重要的作用。由于亚相对论性粒子的缓慢传播加上增强的能量损失，LECR集中在它们的加速位置周围。LECR通过核反应与周围气体有效地相互作用。虽然这些过程与加热和电离相比在能量上不那么有效，但从核去激发线的角度来看，它们非常重要，因为它们携带了关于LECR的独特信息。我们目前的结果结合使用代码TPERS的核反应的数值处理，与LECR的传播和能量损失的去激发线的生产。
2021-01-11 astro-ph.HE
Cosmic Rays in the Inner Galaxy and the Diffusion Properties of the Interstellar Medium
最近测量的宇宙伽马射线强度高达TeV的能量已被用来估计的光谱形状的母宇宙射线粒子存在于星际介质。这种情况下，在内部星系的粒子谱是平坦的比本地和外部星系。在各种可能的解释中，我们认为粒子的传播在更动荡的内星系星际介质中是不同的。内星系异常扩散的特征参数α可能小于局部值，相应的宇宙线粒子γ的幂律谱指数也可能不同于局部值。参数有利于一个值的α低于当地的约三角洲α = 0.2，其结果是三角洲γ = 0.1的母粒子。
2012-12-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Production of secondary particles and nuclei in cosmic rays collisions with the interstellar gas using the FLUKA code
观测到的宇宙射线（CR）与天文环境相互作用产生的次级粒子通量，对于理解CR输运的物理过程起着至关重要的作用。本文对几种稳定或长寿命的宇宙射线射弹之间的非弹性相互作用产生的次级强子、轻子、γ射线和中微子产额进行了全面的计算（p，D，T，3 He，4 He，6Li，7 Li，9 Be，10 Be，10 B，11B，12 C，13 C，14 C，14 N，15 N，16 O，17 O，18 O，20 Ne，24 Mg和28 Si）和不同的靶气体核（p，4He，12C，14N，16O，20Ne，24Mg，28Si和40Ar）。使用FLUKA计算产率，FLUKA是一种模拟软件包，旨在计算次级产物的能量分布，在很宽的能量范围内具有很高的精度。目前的结果提供了，第一次，一个完整的和自洽的一套所有相关的包容性截面关于整个频谱的次级产品在核碰撞。我们覆盖，为弹丸，动能范围从$0.1 GeV/n$到$100 TeV/n$在实验室框架。为了表明我们的研究结果的重要性，多信使研究的物理CR传播，我们评估银河系的次级核，轻子和伽马射线的传播光谱的相互作用的CR与insterstellar气体，利用数字代码DRAGON和GammaSky。我们表明，采用我们的截面数据库，我们能够提供一个很好的适合一个完整的样本的CR观测，包括：轻子和强子光谱测量在地球上，本地星际旅行者测量的光谱，和伽马射线发射率费米-LAT合…
2017-03-03 astro-ph.HE
Using TeV Cosmic Rays to probe the Heliosphere's Boundary with the Local Interstellar Medium
日球层是由太阳大气层延伸到本地星际介质（ISM）形成的磁结构。日光层与ISM之间的边界是一个很大程度上尚未探索的空间区域。尽管两个旅行者飞船都进入了当地的ISM并提供数据，但它们是在特定时间穿透广阔空间的两个点。日球边界控制着MeV-GeV银河宇宙射线（CR）在内日球层的穿透.星际keV中性原子是至关重要的外日光层，因为它们可以穿透不受干扰和转移能量的太阳风。NASA的IBEX和Cassini等任务旨在探测中性原子并监测日光层边界的电荷交换过程。日光层对TeV CR强度没有调制作用，但对它们的到达方向分布有影响。在过去的几十年里，地基CR观测站提供了CR各向异性作为能量函数的精确地图。结合观测结果来产生全天空覆盖，使得研究日光层对TeV CR粒子的影响成为可能。我们可以用最先进的日光层模型数值计算原始的TeV CR分布在当地的ISM。只有减去日光层的影响，才有可能使用TeV CR观测来推断ISM中的传播特性和磁湍流特性。CR粒子轨迹通过日光层模型的数值计算提供了一个补充工具，探测边界区域的属性。一个程序，提高日光层建模的重点是边界区域和促进合并CR实验数据分析从多个实验的CR天体物理学的好处，并提供额外的数据和工具，以探索日光层和本地ISM之间的相互作用。
2022-09-16 astro-ph.HE
PeV neutrinos from interactions of cosmic rays with the interstellar medium in the Galaxy
本文对IceCube观测到的天文中微子信号的一部分--来自银河系内部的甚高能中微子信号进行了自洽解释。我们证明，在E>100 TeV的能量范围内的中微子通量的估计在于从银河脊的漫射伽马射线发射的光谱的高能量幂律外推，如费米望远镜所观察到的。这表明冰立方中微子和费米/LAT γ射线通量都是在宇宙射线与诺玛臂和/或银河棒中的星际介质相互作用中产生的。导致γ射线和中微子通量的宇宙射线具有硬谱特征，其斜率大于-2.4，截止能量大于10 PeV。
2014-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
The cosmic-ray and gas content of the Cygnus region as measured in gamma rays by the Fermi Large Area Telescope
天鹅座区域拥有一个巨大的分子云复合体，它活跃地形成大质量恒星。宇宙射线与星际气体和辐射场的相互作用使它以伽马射线的能量发光。在这个方向可以看到几个伽马射线源和其他能量源。在本文中，我们分析了费米大面积望远镜测量的伽马射线发射的能量范围从100 MeV到100 GeV，以探测整个天鹅座复杂的规模的气体和宇宙射线的内容。通过选择处于其关断脉冲相位间隔的光子，来自明亮双光子的信号在很大程度上减少。我们比较了来自无线电/毫米波线和可见光消光数据的星际气体地图的漫射伽马射线发射，并寻求该地区的全球模型，包括其他的辐射源和伽马射线源。积分HI发射率和它的光谱能量分布都是一致的系统内LAT测量在太阳系附近的星际空间。平均X=N（H2）/W（CO）比与本地臂中的其他LAT测量结果一致。我们检测到来自暗中性气体的显著伽马射线发射，其质量相当于CO追踪的质量的约40%。尽管有显著的恒星形成活动和星际云的大质量，天鹅座复合体中的宇宙射线数量平均为几百秒差距，与本星际空间的宇宙射线数量相似。（节略）
2011-11-30 astro-ph.HE
Studying the nuclear mass composition of Ultra-High Energy Cosmic Rays with the Pierre Auger Observatory
皮埃尔·俄歇天文台的荧光探测器测量大气深度$X_{max}$，高能空气簇射的纵向轮廓在此达到最大值。这对宇宙射线的核质量组成很敏感。由于其混合设计，皮埃尔俄歇天文台还提供从表面探测器获得的独立实验观测数据，用于研究核质量组成。我们提出了$X_{max}$分布和更新的平均值和RMS值在不同的能量箱，并比较它们的预测不同的核质量的初级粒子和强子相互作用模型。我们还提出了来自地面水平组件的组成敏感的参数的结果。
2012-01-30 astro-ph.HE
Fermi-LAT Observations of the Diffuse Gamma-Ray Emission: Implications for Cosmic Rays and the Interstellar Medium
大于100 MeV的伽马射线天空主要是由宇宙射线与银河系星际气体和辐射场相互作用产生的漫射辐射。对这些漫射辐射的观测为研究宇宙射线的起源和传播以及星际介质提供了一种工具。我们目前的测量从第一个21个月的费米-LAT任务，并与使用GALPROP代码产生的漫射伽马射线发射的模型进行比较。这些模型适合宇宙射线数据，并纳入宇宙射线源、星际气体和辐射场分布的天体物理输入。为了评估与天体物理输入相关的不确定性，通过在观测极限内改变宇宙射线源的分布、宇宙射线约束体积（晕）的大小和星际气体的分布来创建模型网格。一个全天空的最大似然拟合被用来确定Xco因子，积分CO线强度和分子氢柱密度之间的比率，从第一费米LAT目录的伽马射线点源的通量和光谱，以及强度和光谱的各向同性背景，包括残留的宇宙射线被误分类为伽马射线，所有这些都有一些依赖于假设的漫发射模型。模型进行比较的基础上，他们的极大似然比，以及光谱，经度和纬度配置文件。我们还提供了残差图的数据减去扩散发射模型。该模型是一致的，在高纬度和中纬度的数据，但低于预测的数据在内部星系的能量超过几个GeV。这种差异的可能解释进行了讨论，包括未检测到的点源人口和整个银河系的宇宙射线的光谱变化的贡献。[删节]
2012-02-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Quantifying the Interstellar Medium and Cosmic Rays in the MBM 53, 54, and 55 Molecular Clouds and the Pegasus Loop using Fermi-LAT Gamma-ray Observations
利用费米大面积望远镜（LAT）观测资料，对飞马座（Pegasus）附近的分子云MBM 53、54和55以及远红外环状结构区的星际介质（ISM）和宇宙射线（CR）进行了研究。通过比较Planck尘埃热辐射模型和Fermi-LAT γ射线数据，发现尘埃辐射率（R）和尘埃不透明度（τ 353）都不与总气柱密度N（Htot）成正比，这主要是因为N（Htot）/R和N（Htot）/τ 353依赖于尘埃温度（Td）。通过假设高Td的区域由光学薄原子氢（HI）主导并且通过采用N（Htot）/R与Td的经验线性关系，使用伽马射线数据来评估N（Htot）分布。它被确定为21厘米或2.6毫米的调查没有跟踪的气体的质量是约25%的质量HI在光学薄的情况下，是大于一氧化碳跟踪的分子气体的质量的一个因素高达5。测得的伽马射线发射率谱与基于在地球上测得的CR谱和核增强因子<=1.5的模型一致。然而，它是低于本地HI发射率报告的费米-LAT研究采用不同的分析方法和假设的ISM属性由15%-20%的能量低于几个GeV，即使我们考虑到统计和系统的不确定性。本文还讨论了这种差异的根源。
2016-10-27 astro-ph.HE
A tale of cosmic rays narrated in gamma rays by Fermi
由于宇宙射线是被磁场扰乱的带电粒子，因此将直接测量与其他观测相结合对于理解它们的起源和传播至关重要。当高能粒子穿过物质和电磁场时，它们会以中性相互作用产物的形式留下痕迹。其中，伽马射线追踪与星际气体非弹性碰撞的原子核的相互作用，以及经历韧致辐射和逆康普顿散射的轻子的相互作用。因此，费米大面积望远镜（LAT）收集的数据告诉我们宇宙射线从源头穿过其家乡星系的旅程。超新星遗迹作为一个值得注意的伽马射线源群体出现，而与星际物质相互作用的更古老的遗迹最终显示出加速核存在的强有力证据。然而，冲击加速器所能达到的最大能量却没有受到很好的限制。天鹅座X，一个由LAT建立的大质量恒星形成区域，作为宇宙射线源，提供了一个测试案例来研究风驱动的湍流对早期传播的影响。银河系中宇宙射线的大规模传播所产生的星际辐射以前所未有的细节被揭示出来，挑战了一些用于建模的简单假设。此外，星系的宇宙射线感生伽马射线光度与它们的大质量恒星形成率呈准线性关系，这表明对于大多数系统来说，宇宙射线中的相当大一部分能量逃逸到星系际介质中。核生产模型以及目标气体和辐射场的分布尚未得到足够精确的确定，但它们是充分利用伽马射线数据潜力的关键。然而，费米收集的数据和补充观测使我们更接近解决宇宙射线之谜。（节略）
2013-11-12 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
Fermi LAT Observation of Diffuse Gamma-Rays Produced Through Interactions between Local Interstellar Matter and High Energy Cosmic Rays
本文报告了大口径望远镜在\textit{Fermi}任务中对第三象限中纬度地区（从$200\arcdeg$到$260\arcdeg$的银河经度$l$和从$22\arcdeg$到$60\arcdeg$的纬度$| b |$）的$γ$ -射线的观测。该地区不包含已知的大分子云，大部分氢原子位于太阳系1千秒差距以内。计算了$γ$射线点源和逆康普顿散射的贡献，并将其相减.在100 MeV ~ 10 GeV的能量范围内，剩余的$γ$射线强度与原子气柱密度呈线性关系.测得的积分$γ$射线发射率分别为100 MeV以上的$(1.63 \pm 0.05) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$和300 MeV以上的$(0.66 \pm 0.02) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$，附加系统误差为$\sim 10%$ .在100 MeV-10 GeV的差分发射率同意与直接测量的宇宙射线光谱的基础上，在10%的水平一致的计算。结果表明，在所研究的区域，距太阳系1千秒差距以内的宇宙线核谱与在地球上直接测量的$\sim 10%$以内的星际谱接近。
2009-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Erosion of Icy Interstellar Objects by Cosmic Rays and Implications for `Oumuamua
我们研究了宇宙射线和气体碰撞对冰质星际物体的破坏和改变。利用在本地星际介质中测量的宇宙射线通量以及从不同银河中心半径的伽马射线观测中推断的宇宙射线通量，我们发现宇宙射线侵蚀对于由常见类型的冰组成的星际物体是重要的。有趣的是，宇宙射线加热可能会非常有效地破坏冰冷的星际物体，因此，\citet{jackson2021}在解释“Oumuamua”的组成时提出的N $_2$碎片的初始大小至少应为0.5公里，以便在ISM中的大约0.5 Gyr的旅程中幸存下来，如果它起源于宇宙射线通量增强的区域，则可能更大。这意味着初始N $_2$质量至少比最终值大一个数量级，加剧了解释“Oumuamua”的N $_2$质量预算不足。由于宇宙射线加热和气体碰撞而产生的侵蚀时间也使我们能够对其他类型的冰质星际天体的初始大小设定近似的限制，例如由CO、CO $_2$或CH $_4$组成的天体。对于一个给定的初始大小，我们约束的最大距离的诞生地点的星际物体具有不同的速度。我们还发现，宇宙射线和气体加热可以在摧毁星际物体之前完全改变冰的结构。
2021-10-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi LAT study of cosmic-rays and the interstellar medium in nearby molecular clouds
我们报告的星际伽马射线发射的分析，从变色龙，南冕座R（R CrA），仙王座和北极星耀斑区域与费米大面积望远镜。它们是离太阳系最近的分子云复合体之一，距离太阳系不到300 pc。这些分子云中的宇宙射线（CR）与星际气体相互作用产生的γ射线辐射对研究太阳系附近分子气体的CR密度和分布是有用的。获得的γ射线发射率高于250 MeV，（5.9 +/- 0.1（统计）（+0.9/-1.0）（sys）），（10.2 +/- 0.4（统计）（+1.2/-1.7）（sys）），以及（9.1 +/- 0.3（stat）（+1.5/-0.6）（sys））x10^（-27）光子s^（-1）sr^（-1）H原子^（-1）分别对应于变色龙、R CrA、仙王座和北极星耀斑区域。虽然发射率的能量依赖性与在地球上直接观测到的CR预测一致，但从250 MeV到10 GeV的测量发射率表明，即使我们考虑系统的不确定性，CR密度在太阳系附近的变化也约为20%。分子质量校准比Xco = N（H2）/Wco，被发现为：（0.96 +/- 0.06（统计）（+0.15/-0.12）（sys）），（0.99 +/- 0.08（统计）（+0.18/-0.10）（sys）），以及（0.63 +/- 0.02（统计）（+0.09/-0.07）（sys））x10^20 H2-分子cm^（-2）（K km s^（-1））^（-1）分别对…
2012-07-24 astro-ph.HE
Cosmic-ray propagation with DRAGON2: II. Nuclear interactions with the interstellar gas
了解地球附近观测到的宇宙射线（CR）的同位素组成是确定其起源的一个里程碑。局部通量包含所有已知的稳定和长寿命的同位素，反映了它们穿过星际介质时一次和二次的复杂历史。由于这个原因，一个旨在描述银河系中CR传输的数字代码必须依赖于次级粒子产生的精确模型。在这项工作中，我们提供了一个详细的描述的核截面和衰变网络，在即将发布的银河系传播代码DRAGON 2。我们提出了在代码中实现的二次生产模型，并应用不同的处方来计算感兴趣的量，以解释局部CR通量（例如，核碎裂时间尺度、二级和三级源项）。特别是，我们开发了一个核二次产生模型，旨在准确计算轻二次通量（即：Li，Be，B）以上1 GeV/n。这一结果是通过拟合现有的经验或半经验的形式主义，在100 MeV/n至100 GeV/n的能量范围内的测量的大样本，并考虑到最相关的衰变同位素的贡献，以铁。关于次级反粒子（正电子和反质子），我们描述了从文献中收集的模型，并提供了详细的定量比较。
2018-07-10 astro-ph.HE
New insights from cosmic gamma rays
在研究核反应及其对整个宇宙的物体和现象的影响时，测量来自宇宙源的兆电子伏能量的伽马射线是核天体物理学的关键工具之一。伽马射线最直接地追踪核过程，因为它们起源于放射性衰变或高能碰撞后的核跃迁。此外，来自正电子湮灭的独特伽马射线特征落入这个天文学窗口，并在这里讨论：宇宙正电子通常是由β衰变产生的，因此也是核物理起源。产生放射性同位素的核反应发生在恒星内部和恒星爆炸，因此构成了这类研究的主要对象。近年来，热核超新星和核心坍缩超新星的放射性都被测量，并通过测量其主要能源补充了传统的超新星观测。现在正在分析大质量恒星在伽马射线中进行核合成的弥漫放射性余辉，以了解大质量恒星如何将其能量反馈并喷射到星际气体中。大型的星际空洞和超级气泡被认为是新的恒星喷出物注入的主要结构，从26 Al伽马射线光谱。最后，正电子湮灭伽马射线的令人困惑的膨胀主导强度分布被更详细地测量，但仍然没有被理解;最近的微类星体耀斑提供了证据，表明这样的物体可能是星际空间中正电子的主要来源，而不是分布式核合成。我们还简要讨论了天文学的现状和前景与望远镜的核辐射能量窗口。
2016-02-29 astro-ph.HE
A detailed study of the interstellar protons toward the TeV $γ$-ray SNR RX J0852.0$-$4622 (G266.2$-$1.2, Vela Jr.); a third case of the $γ$-rays and ISM spatial correspondence
我们提出了一个新的分析的星际质子对TeV $γ$射线SNR RX J0852.0 $-$ 4622（G266.2 $-$ 1.2，Vela Jr.）。我们使用NANTEN 2 $^{12}$ CO（$J$ = 1-0）和ATCA & Parkes HI数据集，以推导出与SNR的TeV $γ$射线壳层相关的分子和原子气体。我们发现，原子气体的速度范围从$V_\mathrm{LSR}$ = $-4$ km s $^{-1}$到50 km s $^{-1}$或60 km s $^{-1}$与整个SNR，而分子气体与SNR的有限部分。大的速度色散的HI归因于膨胀运动的几个HI壳重叠向SNR，但不是由于银河系的旋转。相关HI和分子气体的总质量估计分别为$\sim2.5 \times 10^4 $ $M_{\odot}$和$\sim10^3$ $M_{\odot}$。与H.E.S.S. TeV $γ$ -射线表明星际质子的平均密度约为100 cm $^{-3}$，并与TeV $γ$ -射线显示出良好的空间对应关系。总宇宙射线质子能量估计为强子$γ$ -射线产生的$\sim10^{48}$ erg，由于星际质子对SNR体积的填充因子很小，这可能仍然被低估了几个因子。这一结果提出了第三种情况下，RX J1713.7 $-$ 3946和HESS J1731 $-$ 347，TeV $γ$ -射线和星…
2017-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Molecular and atomic gas in the young TeV γ-ray SNRs RX J1713.7-3946 and RX J0852.0-4622; evidence for the hadronic production of γ-rays
星际分子云是恒星形成的场所，也是宇宙线质子通过强子过程产生γ射线的目标。星际原子气体包裹着分子云，其密度也可能足以影响γ射线的产生。在这一章中，我们将回顾星际气体在分子和原子两种形式下的一些基本性质。在此基础上，对两个TeV年轻的γ射线信噪比RX J1713.7-3946和RX J0852.0-4622进行了分析，发现它们的γ射线与星际质子具有良好的空间对应关系。这种良好的空间对应性为这些超新星核反应堆中γ射线的强子起源提供了支持。强调了分子氢和原子氢作为宇宙射线质子靶的作用。目标星际介质（ISM）质子的聚集分布在超新星激波与ISM的相互作用中是至关重要的，而具有均匀ISM分布的模型是不可行的。最后，提出了在局域ISM中，致密的无分子原子气体可能占据暗气体的主要部分。
2013-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic-ray and Interstellar Gas Properties in the Solar Neighborhood Revealed by Diffuse Gamma Rays
利用费米LAT的γ射线数据分解五个邻近分子云区域的星际气体，评估宇宙射线强度，发现其与地球直接测量模型吻合，并揭示CO暗氢与亮氢比率随质量变化。
2025-06-19 astro-ph.HE
Weighing the Local Interstellar Medium using Gamma Rays and Dust
针对冷气体测量归一化不确定性大的问题，提出利用Fermi-LAT伽马射线数据测量总气体密度的新方法，精度与既往工作相当且系统误差独立，结果可覆盖顶尖实验的结果范围。
2023-01-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Heating of the interstellar gas by cosmic rays and warm transparent ionized plasma observed by pulsar dispersions
本文基于脉冲星色散测量研究银河系星际气体加热，重点分析温暖电离介质（WIM）的透明等离子体性质，计算其质量密度并与暗物质密度比较，发现暗物质密度更大并讨论了可能缩小差异的因素。
2023-12-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
The cosmic-ray puzzle and the census of the interstellar medium: the Fermi LAT view of Cassiopeia, Cepheus and the Perseus arm
宇宙射线与星际气体相互作用产生的弥散伽马射线辐射，可以追踪到整个银河系中这两者的密度。我们讨论了费米LAT观测的仙后座和仙王座区域的分析结果，对英仙座旋臂。我们发现，当地的气体的γ射线发射率是一致的预期的基础上测量的宇宙射线谱在地球上。从古尔德带到英仙座臂，辐射率逐渐降低，但测量的梯度比基于宇宙射线源分布的传播模型预测的更平坦，该模型在银河系内部达到峰值。Xco=N（H2）/W（CO）转换因子从古尔德带到英仙座臂适度增加约2倍。古尔德带中HI和CO测量未正确追踪到的额外气体的存在由伽马射线和冷星际尘埃热发射之间的相关性提出。
2010-01-28 astro-ph.HE
IMAGINE: A comprehensive view of the interstellar medium, Galactic magnetic fields and cosmic rays
在本白皮书中，我们介绍了IMAGINE联盟及其科学背景，目标和结构。我们的目的是协调和促进各种研究人员在星际介质、银河磁场和宇宙射线等广泛领域的努力，我们的目标是更全面地了解星际磁场的结构和作用及其与宇宙射线的相互作用。为了达到更高水平的自我一致性，深度和严谨性只能通过参与观测，理论和数值工作的天体物理学不同领域的专家的协调努力来实现。我们提出了我们对这一专题现状的看法，确定了其未解决的关键问题，并提出了一项将支持我们工作的战略。该联盟的骨干是星际磁场推理引擎，这是一个公开可用的贝叶斯平台，采用强大的统计方法来探索使用任何数量的模块化输入的多维似然空间。它提供了一个解释和建模框架，具有将各种观测、理论和数字证据纳入热和非热星际介质自洽和全面图像的能力和灵活性。一个重要的创新是，对直接或间接受银河磁场影响的现象，如超高能宇宙射线的偏转或河外背景的一致理解，成为建模的一个组成部分。IMAGINE联盟本质上是非正式的，对新的参与者开放，在此提出一个方法框架，用于模拟和理解银河磁场，可供所有研究依赖于最先进的解决方案的社区使用。（节录）
2018-09-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Interstellar Propagation Tool using Itô Calculus (criptic): software for simultaneous calculation of cosmic ray transport and observational signatures
我们目前的critic，宇宙射线星际传播工具使用伊藤演算，一个新的开源软件包，模拟宇宙射线通过星际介质的传播，并计算由此产生的可观测的非热发射。Criptic求解了描述宇宙射线在大于其俯仰角变得近似各向同性的尺度上的传输的福克-普朗克方程，并将其与能量范围为$\sim$ MeV至$\sim$ PeV的宇宙射线损失能量并产生发射的微观物理过程的丰富而准确的处理相结合。对于宇宙射线传输模型和宇宙射线穿过的背景等离子体的状态，批判者故意不可知。它可以解决其中宇宙射线流动、扩散或执行两者的任意组合的问题，并且描述这些传输过程的系数可以是背景等离子体状态、宇宙射线本身的性质以及宇宙射线场本身的局部积分（例如，局部宇宙射线压力或压力梯度）。代码使用混合OpenMP-MPI范式并行化，允许在现代超级计算机上利用多个核心和节点进行快速计算。在这里，我们描述了在代码中使用的数值方法，我们的微物理过程的治疗，以及一套代码的测试和验证，我们已经执行。
2022-09-19 astro-ph.GA 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
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
Kinetic simulations of turbulent magnetic-field growth by streaming cosmic rays
宇宙射线的有效加速（通过扩散激波加速的机制）需要激波上游区域的湍流、放大的磁场。我们提出的多维粒子细胞模拟的结果，旨在观察磁场放大，预计将产生的宇宙射线电流的冲击，上游的星际介质的属性的影响。我们发现，放大场的初始结构和峰值强度对参数的选择有些敏感，但场的增长在所有情况下都以类似的方式饱和：对宇宙射线的反作用导致其静止坐标系分布的改变以及动量向星际介质的净转移，大大削弱了它们的相对漂移，同时也意味着一个修改后的冲击的发展。上游介质变得湍流，密度和速度有明显的空间波动，特别是后者导致适度的上游加热;这种波动也将对激波结构产生强烈的影响。
2009-09-28 astro-ph.HE
Cosmic rays: constraints from future MeV detectors
Osservatorio Astrofisico di Arcetri, INAF（Arcetri天文台，意大利国家天体物理研究所）；Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Instituto de Astrofìsica de Andalucìa, CSIC（安达卢西亚天体物理研究所，西班牙高等科学研究委员会）；Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, CNRS/Université de Montpellier（蒙彼利埃宇宙与粒子实验室，法国国家科学研究中心/蒙彼利埃大学）；Institute for Physics and Astronomy, University of Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY（德国电子同步辐射中心）
本文探讨未来MeV探测器对宇宙射线的研究，分析其在银河系演化中的作用，提出利用未来任务探索宇宙射线物理性质的新前景。
2026-03-16 astro-ph.HE
Interstellar Gas and X-rays toward the Young Supernova Remnant RCW 86; Pursuit of the Origin of the Thermal and Non-Thermal X-ray
我们已经分析了原子和分子气体使用21厘米HI和2.6/1.3毫米CO的排放对年轻的超新星遗迹（SNR）RCW 86，以确定星际介质与SNR的冲击波相互作用。我们已经发现了一个HI强度抑郁症之间的$-46$和$-28$公里秒$^{-1}$朝向SNR的速度范围内，这表明在星际介质的空腔。HI腔与热发射和非热发射X射线壳重合。热X射线与HI分布的边缘重合，这表明了一个强的密度梯度，而非热X射线被发现朝向密度较低的HI腔的内部。最显著的非热X射线出现在壳的西南部，那里的HI气体追踪着致密和寒冷的成分。我们还确定了一氧化碳云，这可能是相互作用的SNR冲击波在相同的速度范围内的HI，虽然CO云只分布在有限的一部分的SNR壳。最大的云位于壳的东南部，显示出与热X射线的详细对应。这些CO云显示出增强的CO $J$ = 2-1/1-0的强度比，表明激波前缘的加热/压缩。我们解释了激波-云相互作用增强了西南部的非热X射线，而热X射线是由密度为10-100 cm $^{-3}$的激波加热气体发射的。此外，我们可以清楚地看到CO云周围的HI包层，这表明其前身的风比核心坍缩SNR RX J1713.7 $-$ 3949的大质量前身的风弱。RCW 86的前身似乎是一个由一颗白矮星和一颗具有低速吸积风的低质量恒星组成的系统。
2017-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Confinement of relativistic particles in the vicinity of accelerators: a key for understanding the anomalies in secondary cosmic rays
本文提出宇宙线在加速源附近被约束并累积0.7 g/cm²能量无关面密度，以最少参数自洽解释DAMPE的B/C比和LHAASO的超高能弥散伽马射线异常。
2024-10-29 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic turbulence and propagation of cosmic rays: theory confronted with observations
宇宙线的传播是由星际湍流的性质决定的。星际介质的多相性和驱动机制的多样性导致了湍流特性的空间变化。与此同时，精密的天体粒子实验对传统的宇宙射线（CR）均匀和各向同性输运理论提出了挑战。在粒子输运和星际湍流研究相互碰撞的背景下，我们为CR传播研究开辟了一个新的领域。在这里，我们回顾了我们最近的发展的理解磁流体动力学（MHD）湍流及其连接的基本过程，宇宙射线传播，粒子输运的不同制度，这是增强与观测发现和分析，从多波长观测。
2021-09-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solid State Astrophysics: Probing Interstellar Dust and Gas Properties with X-rays
星际介质中气体和尘埃（固体和复杂分子）的丰度以及它们的组成和结构影响着几乎所有的天体物理学。从恒星形成到恒星风再到星系形成的基本过程都与金属的数量成比例。然而，在绝对和相对丰度以及这些丰度如何随环境变化方面仍然存在重大的不确定性，例如，恒星光球与星际介质（ISM）。虽然紫外线，光学，红外线和无线电研究已经大大提高了我们对ISM气体和尘埃的理解，但它们不能在所需的整个柱密度范围内提供统一的结果。相比之下，X射线将在宽范围的柱密度（log NH=20-24 cm^-2）下穿透冷（3 K）到热（100，000，000 K）宇宙中的气体和尘埃，留下反映组成气体的单个原子的光谱特征、分子或固体。* 因此，X射线是一种强大而可行的资源，可用于深入研究相对未开发的区域，以确定气体丰度和尘埃性质，例如通过吸收研究确定成分，电荷状态，结构和数量，以及通过散射晕确定分布。
2009-02-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
