Energy-dependent extension of the Crab Nebula as a diagnostic of ultrahigh-energy hadronic emission
Yuxi Normal University（玉溪师范学院）；Yunnan Agricultural University（云南农业大学）；Yunnan University（云南大学）
本研究提出蟹状星云能量相关延展可作为脉冲星风星云中超高能伽马射线起源的判别器，通过空间分辨轻子-强子场景解释其与轻子预期的差异，发现400 TeV以上强子主导、1.1 PeV处包含半径为纯轻子场景6倍，实现PeV强子加速诊断。
2026-08-27 astro-ph.HE
Detection of UHE gamma rays from the Crab Nebula: Physical Implications
蟹状星云是一个极端的粒子加速器，将电子的能量提高到几个PeV（$10^{15} \ \rm eV$），接近理论允许的最大能量。加速现场的物理条件和加速过程本身的性质仍然高度不确定。同步辐射和逆康普顿（IC）辐射通道分别包含了最高能量加速粒子的关键信息，能量分别在1~MeV和100~TeV以上。近年来，在蟹状星云中探测到了能量高达300 TeV的超高能γ射线信号，这使得我们能够确定最高能量电子的能量分布，并以无参数的方式导出加速区$B\leq120\rm\,μG$的磁场强度。这一估计带来了新的约束的非热粒子分布的属性，并提出了重要的约束MHD模型的蟹状星云，特别是可行的磁化和各向异性的脉冲星风。对同步辐射和IC辐射的计算表明，在未来的观测中，利用能探测到300 TeV以上和1 MeV以上能量的仪器，将能阐明蟹状星云中电子加速超过PeV能量的条件。具体而言，将（1）验证电子能量分布的假设多分量组成，以及（2）确定负责PeV电子加速的区域中的磁场强度。
2019-11-18 astro-ph.HE
Hadronic emission from the environment of the Crab Pulsar Wind Nebula by re-accelerated particles
本文模拟超新星遗迹质子进入蟹状脉冲星风云后在终端激波再加速并与致密纤维作用的强子辐射，解释LHAASO的PeV光子并给出中微子预测。
2025-04-11 astro-ph.HE
Investigating the energy distribution of the high-energy particles in the Crab nebula
蟹状星云是一个突出的脉冲星风星云（PWN），在多波段观测中被发现，从射电到甚高能（VHE）$γ$射线。最近，大型高海拔空气簇射天文台（LHAASO）探测到了能量高于$1 \mathrm{PeV}$的$γ$ -射线，星云中能量最高的粒子的能量可以被限制。在本文中，我们研究了蟹状星云的最宽光谱能量分布和电子发射的多波长非热辐射的能量分布的基础上一个单区的时间依赖模型。星云由脉冲星提供能量，当脉冲星旋转下降时，具有破幂律谱的高能电子/正电子不断注入星云。轻子通过同步辐射和逆康普顿散射产生多波长非热辐射。使用适当的参数，可以很好地再现星云的探测通量，特别是从$10^2\,\mathrm{MeV}$到$1\,\mathrm{PeV}$的$γ$ -射线。结果表明，探测到的$γ$ -射线是由轻子通过逆康普顿散射产生的，最高能轻子的洛伦兹因子的下限为$\sim 8.5\times10^{9}$ .可以得出结论，蟹状星云中存在能量高于$4.3$ \，PeV的电子/正电子。
2021-09-15 astro-ph.HE
Twelve-hour spikes from the Crab Pevatron
目标。蟹状星云在2010年9月18日显示出一个巨大的伽马射线耀斑。为了更深入地了解这种现象的起源，我们分析了在耀斑期间几乎同时收集的INTEGRAL（20-500 keV）和FERMI（0.1-300 GeV）数据。方法.我们将现有的数据分为三个不同的组，对应于前耀斑期间，耀斑，和随后的平静。对于每个周期，我们进行定时和光谱分析，以区分脉冲星和周围星云对伽马射线光度的贡献。结果在硬X射线域中没有检测到脉冲轮廓和光谱特性的显著变化。相比之下，我们确定了三个独立的增强持续约12小时的伽马射线通量，并分开约两天的时间间隔。光谱分析表明，通量增强，限制在1 GeV以下，可以模拟的幂律与高能量指数截止，其中无论是截止能量或模型归一化增加了约5倍，相对于耀斑前的排放。我们还确认伽马射线耀斑不是脉冲的。结论.时间和光谱分析表明，伽玛射线耀斑是由于同步辐射从一个非常紧凑的粒子加速器位于脉冲星风和周围的星云之间的相互作用的区域。这是在宇宙加速器中测量到的最高电子能量。耀斑的光谱特性的相对论移动的发射体和/或更硬的发射电子人口的框架中解释。
2011-01-17 astro-ph.HE
Axion and dark photon limits from Crab Nebula high energy gamma-rays
对蟹状星云宇宙亚PeV伽马射线的观测开启了在数百TeV尺度上测试宇宙射线光子透明度的可能性。假设没有偏离源伽马射线发射由于加速电子逆康普顿散射，更高的事件能量可以扩展新物理的影响的约束;我们考虑伽马射线和轴子/暗光子之间的振荡，加上暗光子暗物质的情况下伽马射线吸收的衰减效应。结合最近的AS $γ$和HAWC亚PeV数据与早期的MAGIC和HEGRA数据，类轴子粒子在$10^{-7}-10^{-6}$ eV质量范围内最受约束，其中耦合$g_{aγ}$被约束为低于${1.8}\times 10^{-10}$ GeV $^{-1}$。相比之下，伽马射线通量衰减由于振荡与暗光子导致一个非常弱的约束的混合参数; $ε\lesssim$ 0.2之间的$10^{-7}$和$10^{-6}$ eV的暗光子质量。来自暗光子暗物质的直接散射将质量在$6$和$400$ eV之间的$ε\lesssim$限制为$ε\lesssim$ 0.01。
2021-02-20 astro-ph.HE hep-ph
Ultrahigh-energy Gamma-Ray Radiation from the Crab Pulsar Wind Nebula
蟹状星云的高能伽马射线辐射是来自轻子过程还是强子过程一直存在争议。本文分别用轻子模型和轻子-强子混合模型研究了蟹状星云脉冲星风的多波段非热辐射。然后利用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）抽样技术和抽样迹法，根据近期观测结果研究了模型参数的稳定性和合理性，得到了参数的最佳拟合值。最后，我们计算了蟹状星云中电子和质子产生的不同辐射分量。模拟结果表明，单带的纯轻子起源模型可以部分地符合部分实验数据（包括LHAASO报道的$\rm PeV$ γ射线辐射和从射电到甚高能γ射线波段的其他辐射），强子相互作用的贡献几乎不受约束.然而，我们发现强子过程也可能有贡献，特别是在能量范围超过$\rm PeV$。此外，可以推断，未来可能会观测到来自蟹状星云的更高能量信号。
2022-01-11 astro-ph.HE
The Crab Pulsar and Nebula as seen in gamma-rays
30多年前，惠普尔对蟹状星云的探测是甚高能伽马射线天文学的开始。从那时起，这个源的伽马射线观测继续为理论提供新的惊喜和挑战，检测到快速变化，脉冲发射达到意想不到的高能量，以及最近检测到能量超过1 PeV的光子。在这篇文章中，我们将回顾伽马射线观测对我们理解这个非凡的加速器的影响。
2021-11-15 astro-ph.HE
An extreme particle accelerator powered by pulsar PSR J1849-0001
LHAASO发现PSR J1849-0001驱动的脉冲星风云释放极高能伽马射线，其加速效率接近或超过单位，挑战了传统粒子加速理论。
2026-07-31 astro-ph.HE
A statistical model to explain the gamma-ray variability and flares of the Crab nebula
最近，AGILE和费米/LAT探测器发现了蟹状星云中巨大的$γ$射线耀斑。这些耀斑的持续时间是几天。费米/LAT数据与每月的时间分箱进一步表明显着的变化同步辐射的尾巴，而逆康普顿组件是稳定的。在X射线、光学、红外和无线电波段的同时或后续观测没有发现显著的通量变化。基于这些观测结果，我们提出$γ$射线的变化和耀斑是由于结的统计涨落，可以加速电子到$\sim$ PeV的能量。电子的最大可实现的能量被采用成正比的结的大小，这是假设遵循幂律分布。因此，由于大量的小结，低能电子通量将是稳定的，而高能电子通量可能经历大的波动。在适当的模型参数下，这样一幅图的蒙特卡罗实现可以很好地再现观测数据。
2011-09-01 astro-ph.HE hep-ph
Detection of the Crab Nebula using a Random Forest Analysis of the first TAIGA IACT Data
Tunka伽马射线和宇宙射线天文学高级仪器（TAIGA）是一个测量TeV至PeV伽马射线和宇宙射线的多组分实验。我们的目标是建立一种新的混合直接空气簇射技术，足以进入长期寻求的Pevatrons的能量领域。混合空气切伦科夫光探测技术结合了HiSCORE簇射阵面采样阵列和两台$\thicksim$ 4米级、$\sim$ 9.6度视场成像空气切伦科夫望远镜（IACT）的优势。HiSCORE阵列提供了良好的角度和簇射核心位置分辨率，而IACT提供了图像的形状和方向的伽玛强子分离。将来，将使用一个额外的μ子探测器来标记$\ge$ 100 TeV能量的强子。在这里，只使用TAIGA实验的第一个IACT的数据。一个随机森林算法进行训练，使用蒙特卡罗（MC）模拟和真实数据，并施加到85小时的选定的观测数据跟踪蟹状星云的平均天顶距为33.5度，导致在这个数据集的阈值能量为6 TeV。使用gammapy软件包进行分析。共检测到163.5个过量事件，统计学显著性为8.5 sigma。蟹状星云观测到的光谱最符合6 TeV以上的幂律，在参考能量为13 TeV时通量归一化为$(3.20\pm0.42)\cdot10^{-10} TeV^{-1} cm^{-2} s^{-1})$，光谱指数为$-2.74\pm0.16$。
2023-01-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Jitter radiation model of the Crab gamma ray flares
费米和AGILE卫星探测到的蟹状星云的伽玛射线耀斑对我们对蟹状星云及其星云物理的理解提出了挑战。中心问题是耀斑的峰值能量超过了由同步辐射损失确定的最大能量E_{ \mathrm{c} }。当湍流磁场的尺度λ_{ \mathrm{B} }小于2πmc^2/eB时，抖动辐射能发射出能量大于E_{ \mathrm{c} }的光子。蟹状耀斑所需的尺度大约比条纹风的波长小两个数量级。我们讨论了耀斑是由高密度团落入终止激波触发的模型。观测到的硬谱形状可以用抖动机制来解释。我们做了三个观测预言：第一，耀斑的偏振度会变低;第二，在TeV-PeV范围内不会看到对应的耀斑;第三，耀斑谱不会比νF_ν \propto ν^1硬。
2012-11-30 astro-ph.HE
Gamma-ray flares from the Crab Nebula
一颗年轻而充满活力的脉冲星为著名的蟹状星云提供动力。在这里，我们描述了两个独立的伽马射线（光子能量>100兆电子伏）耀斑从这个源检测到的大面积望远镜上的费米伽马射线太空望远镜。第一次耀斑发生在2009年2月，持续了大约16天。第二次耀斑于2010年9月发现，持续了大约4天。在这些爆发期间，来自星云的伽马射线通量分别增加了4倍和6倍。耀斑的短暂性意味着伽马射线是由PeV（10 ^15 eV）电子通过同步辐射发射出来的，辐射区域小于1.4 × 10^-2 pc。这些是可以与离散天文源相关联的最高能量粒子，它们对粒子加速理论提出了挑战。
2011-01-10 astro-ph.HE
Joint photon-electron Lorentz violation parameter plane from LHAASO data
大型高空空气簇射天文台（LHAASO）是最灵敏的γ射线探测器阵列之一，其超高能~（UHE）工作波段不仅有助于研究UHE宇宙射线的起源和加速机制，而且为验证洛仑兹对称性等基本物理概念提供了机会。LHAASO直接观测到$1.42~\mathrm{PeV}$最高能量的光子。LHAASO还采用同步自康普顿模型提出蟹状星云的$1.12~\mathrm{PeV}$高能光子对应于$2.3~\mathrm{PeV}$高能电子，研究了$1.42~\mathrm{PeV}$光子衰变和$2.3~\mathrm{PeV}$电子衰变，对光子和电子二维洛伦兹破坏~（LV）参数平面进行了联合分析。我们的分析是系统和全面的，我们自然得到最严格的限制，从单独考虑光子衰减中的光子LV效应和电子衰减中的电子LV效应。我们的结果也为超越相对论的新物理学提供了参数空间。
2022-11-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gamma-ray flares in the Crab Nebula: A case of relativistic reconnection?
蟹状星云是在大约一千年前一颗大质量恒星坍缩后形成的，留下了一颗脉冲星，它膨胀了一个充满磁场的超相对论电子-正电子对的气泡。对短暂但明亮的高能伽马射线耀斑的观测表明，电子对在几天内就被加速到PeV能量;如此快速的加速不可能由冲击驱动。在这里，有人认为耀斑可能是星云中磁耗散的确凿证据。使用2D和3D粒子模拟，它表明，观察是一致的相对论性磁重联，对受到强辐射冷却。蟹状耀斑可能突出了相对论性磁重联在天体物理学中的重要性。
2014-01-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Multiwavelength study of Galactic PeVatron LHAASO J0341+5258
本研究通过VERITAS和HAWC的多波段观测，对未识别的银河系PeVatron源LHAASO J0341+5258进行探测，旨在识别其性质并探讨超高能伽马射线的发射机制。
2025-09-24 astro-ph.HE
Search for astrophysical PeV gamma rays from point sources with Carpet-2
本文介绍了利用配备175 m^2 μ子探测器的空气簇射阵列Carpet-2的数据从点源寻找E_γ>1 PeV宇宙光子的初步结果。它们包括95% CL上限PeV光子通量从堆叠方向的高能冰立方中微子事件和四个预定义的源，螃蟹，天鹅X-3，Mrk 421和Mrk 501。将进一步监测来自Mrk 421的不显著过量事件。本文还简要讨论了2019年将开始数据采集的升级装置Carpet-3（410 m^2 μ子探测器）在E_γ>100 TeV光子探测中的应用前景。
2018-12-17 astro-ph.HE
On the fraction of particles involved in magneto-centrifugally generated ultra-high energy electrons in the Crab pulsar
本文绘出了脉冲星大气中由磁离心激发的朗缪尔波对初级电子的朗道阻尼（从转动减速中吸取能量）产生的超高能电子（$\sim 600$ TeV）向地球的旅程。结果表明，当超高能粒子逃离光柱区时，它们与蟹状星云介质相互作用，通过量子同步加速器过程迅速释放能量，产生高能γ射线~ $\sim 0.6$ PeV。与星际介质中的宇宙背景辐射相互作用，这些超高能光子中只有一小部分（通过$γγ$通道）被转化为电子-正电子对。探测到的这些光子的通量对产生超高能光子（高达$600$ TeV）的过程中所涉及的磁层粒子的分数（$4\times 10^{-7}$）施加了上限。
2022-08-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Constraints on particle acceleration sites in the Crab Nebula from relativistic MHD simulations
蟹状星云是银河系中最有效的加速器之一，也是唯一显示PeV粒子直接证据的星系源。尽管如此，这种有效加速背后的物理过程仍然是一个谜。虽然粒子加速，至少在最高的能量，通常被认为发生在脉冲星风终止冲击，上游流的属性被认为是不均匀的沿冲击表面，和重要的约束机制在工作中来自准确的知识，沿这个表面粒子被加速。在这里，我们使用轴对称相对论MHD模拟，以获得在蟹状星云的不同能量的粒子的加速网站（S）的约束。各种方案被认为是注入粒子负责同步辐射在不同的频带，无线电，光学和X射线。由此产生的发射特性进行比较与现有的数据的多波长的时间变化的内部星云。我们的主要结果是X射线发射粒子在脉冲星风的赤道区域被加速。加速机制的性质上可能的影响进行了讨论。
2015-02-23 astro-ph.HE
Exploring the high energy frontiers of the Milky Way with ground-based gamma-ray astronomy: PeVatrons and the quest for the origin of Galactic cosmic-rays
本综述回顾了利用地面γ射线天文学搜寻银河系PeVatrons的现状与未来方向，指出超高能γ射线源的发现为探索银河系高能前沿及解决宇宙射线起源的百年难题提供了关键途径。
2023-05-22 astro-ph.HE
Reconnection-Powered Linear Accelerator and Gamma-Ray Flares in the Crab Nebula
最近在蟹状星云中发现了长达一天的伽马射线耀斑，推测是PeV（10^{15} eV）电子在毫高斯磁场中的同步辐射，这对粒子加速模型提出了强烈的挑战。在电场小于磁场的标准条件下，通过平衡加速率和同步辐射损失，观察到的光子能量超过了上限（~100 MeV）。我们认为，线性电加速器，操作在磁重联网站，是能够绕过这个困难。能量足够大的电子具有如此大的回旋半径，以至于它们的运动对重联层中的小尺度湍流结构不敏感，并且仅由大尺度场控制。我们表明，这样的粒子被引导到重联层的反向磁场，因为它们被加速的重联电场。当这些电子被限制在电流片内时，它们经历减小的垂直磁场，该垂直磁场可能下降到加速电场以下。这使它们能够在遭受辐射损失之前达到更高的能量，从而发射出超过100 MeV极限的同步辐射，为蟹状星云伽马射线耀斑悖论提供了一个自然的解决方案。
2011-05-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A PeVatron Candidate: Modelling the Boomerang Nebula in X-ray Band
脉冲星风星云（PWN）和与之相关的超新星遗迹（SNR）G106.3+2.7是LHAASO公布的超高能（UHE）伽马射线对应物的候选者之一。虽然扩展源LHAASO J2226+6057的质心偏离脉冲星的位置约$0.3^\circ$，但源部分覆盖了PWN。因此，我们不能完全排除部分UHE排放来自PWN的可能性。以往的研究主要集中在信噪比是否PeVatron，而忽略了高能PWN。在这里，我们通过研究回旋镖星云的X射线辐射来探索它成为PeVatron候选者的可能性。通过模拟注入PWN的相对论电子的扩散，我们拟合了X射线表面亮度和光子指数的径向分布。具有磁场$B=140μ$ G的溶液可以很好地再现所观察到的轮廓，并且意味着电子的IC散射的严重抑制。因此，根据LHAASO最近对蟹状星云的测量，如果未来的观测显示部分UHE发射来自PWN，则需要引入质子成分来解释UHE发射。从这个意义上说，回旋镖星云将是一个强子PeVatron。
2022-09-08 astro-ph.HE
The ASTRI Mini-Array: in the search for hidden Pevatrons
尽管近年来在理论和实验上做了大量的努力，关于宇宙射线起源的三个基本问题仍然没有明确的答案：它们的来源是什么，它们如何加速，它们如何传播？伽马射线天文学在这一领域发挥着重要作用。相对论质子和电子都可以通过不同的过程发射出伽马射线带，但只有探测到强子伽马射线发射才能探测到宇宙射线的加速。特别是，由于克莱因-西名在最高能量下抑制了逆康普顿辐射，探测到100 TeV以上的伽马射线辐射有望为PeV强子的加速提供有力的证据。然而，LHAASO合作发表的最新结果显示，存在几个可能与PWNe有关的PeV源，众所周知的轻子工厂（例如蟹状星云）。因此，在PeV能量下的伽马射线探测可能不再是强子加速的最终证据。然而，LHAASO有限的角分辨率使得关联不确定，需要更详细和更深入的研究。在这方面，应科院的微型阵列以其前所未有的灵敏度和E>10 TeV的角分辨率，不仅可以扩展候选宇宙线工厂的伽马射线谱，还可以帮助区分PWNe和其他LHAASO源的发射区域，从而揭示最高能量发射的本质。
2023-02-21 astro-ph.HE astro-ph.IM
Extreme particle acceleration in magnetic reconnection layers. Application to the gamma-ray flares in the Crab Nebula
伽马射线空间望远镜AGILE和费米探测到蟹状星云中光子能量超过100 MeV的短而明亮的同步加速器伽马射线耀斑。这一发现表明，星云中的电子-正电子对在毫高斯磁场中被加速到PeV能量，这很难用粒子加速和脉冲星风星云的经典模型来解释。我们调查粒子加速在磁重联层是否可以解释耀斑的令人困惑的属性。我们数值积分的层附近的相对论测试粒子轨道，包括辐射反作用力，并使用大尺度电磁场的解析表达式。当它们被重联电场加速时，粒子被聚焦在磁场很小的电流层深处。电子受到同步加速器损失较少，并被加速到极高的能量。布居研究表明，在该层的末端，粒子分布在由电势降给出的最大能量处堆积，并聚焦成薄的扇形束。将该模型应用于蟹状星云，发现蟹状星云的同步辐射发射光谱的峰值在100 MeV以上，接近于单电子的光谱形状，耀斑逆康普顿辐射可以忽略不计，在其它波长处预计没有可探测到的辐射。这一机制为蟹状星云中的伽马射线耀斑提供了一个合理的解释，并可能在其他天体中起作用，例如活动星系核中的相对论喷流。
2012-01-05 astro-ph.HE
Particle acceleration in pulsars and pulsar wind nebulae
本文总结了脉冲星与脉冲星风云在宇宙射线视角下的物理学，探讨其作为银河系轻子PeVatron、高能强子源及TeV晕对宇宙射线传输的影响与未解之谜。
2024-01-15 astro-ph.HE
Generation of TeV Photons by PeV Neutrinos in Dense Astrophysical Environments
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Jockey Club Institute for Advanced Study, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学聚龙高等研究院）；School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）；Center for Gravitational Wave Experiment, National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所微重力国家实验室引力波实验中心）；Department of Physics, Chongqing University（重庆大学物理学院）；School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）
该研究提出致密天体环境中PeV中微子与核子相互作用产生TeV光子的机制，解释了GRB 221009A的暴前TeV光子，为多信使天文学提供新见解。
2026-09-14 astro-ph.HE hep-ph
Neutrino Observations of LHAASO Sources: Present Constraints and Future Prospects
大型高空空气簇射天文台（LHAASO）观测到了十几个100 TeV以上的γ射线源，它们可能是PeVatron的强候选者。中微子观测对于诊断伽马射线辐射过程是强子还是轻子至关重要。我们使用贝叶斯方法分析了十年（2008-2018年）的IceCube数据，从而限制了LHAASO源的强子伽马射线发射。目前的中微子数据表明，蟹状星云的强子γ射线通量低于90%C. L.的观测γ射线通量。并且贡献小于86%，这不利于几十TeV以下的伽马射线的强子起源。对于其他LHAASO源，目前的中微子观测不能对γ射线辐射过程施加有用的约束。我们考虑了源扩展的不确定性：强子伽马射线通量的上限倾向于随着扩展而增加;以及一些源，即，LHAASO J2032+4102、LHAASO J1929+1745和LHAASO J1908+0621在延伸<0.6度时显示出相对高的中微子信号统计显著性。最后，我们估计了未来的中微子望远镜的LHAASO源的观测结果。如果LHAASO观测到的PeV伽马射线是强子起源的，蟹状星云可能在3-sigma C.L.的100 TeV以上被探测到。在20年内由一个有效面积是冰立方30倍的中微子探测器。
2022-05-12 astro-ph.HE
Peta-electron volt gamma-ray emission from the Crab Nebula
蟹状星云脉冲星和周围的星云由脉冲星的旋转能量通过相对论性电子-正电子风的形成和终止提供动力，是一个明亮的伽马射线源，携带着关于这个复杂的聚集体的关键信息。我们报告探测到的$γ$ -射线的光谱显示出逐渐陡峭的三个能源十年，从$5\times 10^{-4}$到$1.1$ petaelectronvolt（PeV）。超高能光子表现出PeV电子加速器（pevatron）的存在，其加速率超过绝对理论极限的15%。假设非脉冲$γ$ -射线产生于脉冲星风的终止，我们约束pevatron的大小，在$0.025$和$0.1$ pc之间，以及磁场$\approx 110 μ$ G。PeV电子的产生率，$2.5 \times 10^{36}$ erg $\rm s^{-1}$，占脉冲星自旋下降光度的0.5%，尽管我们不排除PeV质子对产生最高能量$γ$射线的不可忽略的贡献。
2021-11-12 astro-ph.HE
Ultra-High-Energy Gamma-Ray Astronomy
本文介绍超高能γ射线天文学的发展现状，阐述其探测原理、对识别强子辐射源与追溯宇宙线起源的意义，以及蟹状星云的相关观测发现与广延空气簇射技术的应用价值。
2023-10-03 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
On the potential of bright, young pulsars to power ultra-high gamma-ray sources
最近发现的一种新的超高能伽马射线源的光谱超过100 TeV，揭示了银河PeVatrons的存在-宇宙射线工厂将粒子加速到PeV能量。除了与蟹状星云有关的一个外，这些来源还没有被确定。在1度或更大的范围内，它们中的大多数包含几个潜在的对应物，包括超新星遗迹，年轻的星团和脉冲星风星云（PWNe），它们可以作为PeVatron，从而为周围的扩散超高能伽马射线结构提供动力。在PWNe的情况下，伽马射线是由在脉冲星风终止冲击中加速的电子通过2.7 K CMB辐射的逆康普顿散射产生的。脉冲星旋转能量到相对论电子的高转换效率，加上短的冷却时间尺度，使伽马射线的亮度达到$L_γ\sim 0.1 \dot{E}$的水平。脉冲星自旋下降的光度$\dot E$也决定了单个光子的绝对最大能量：$E_{\rm γ~\rm max}\approx 0.9 \dot E_{36}^{0.65}~~\rm{PeV}$。这个基本约束占主导地位的年轻PWNe与典型的磁场的$\approx$ 100 $μ$ G与$\dot{E} \lesssim 10^{37}\ \rm erg/s$的电子同步能量损失的条件。我们讨论了$E_{\rm γ~\rm max}$的影响，通过比较它与LHAASO报告的最高能量的光子从十几个超高能源。只要发射的PWN源是可能的，我们使用LHAASO测量星云磁场的上限。
2022-04-20 astro-ph.HE
The Pulsar Wind Nebulae contribution to gamma-rays
脉冲星风星云（PWNe）以多波长发光，预计将构成我们银河系中最大的一类伽马射线源。它们被认为是非常有效的粒子加速器：蟹状星云，PWNe类原型，是迄今为止银河系中唯一确定的轻子PeVatron，LHAASO最近探测到的大多数PeVatron似乎与脉冲星起源兼容。PWNe已经被证明与未对准的X射线尾和TeV晕的形成有关，作为高能粒子从PWN有效逃逸到周围介质中的标志。随着切伦科夫望远镜阵列的出现，我们预计将探测到约200个新的PWNe。能够正确地模拟它们的多波长光谱特性，空间和光谱形态在伽马射线，然后今天的主题。这特别意味着我们应该能够解释它们不同的演化阶段，并正确地确定它们对光源光谱特性的影响。这实际上直接反映了在伽马射线下将探测到多少PWNe的预期。最后，在未来的伽马射线数据中识别PWNe，不仅与其科学重要性有关，而且还允许识别可能被未识别的PWNe背景隐藏的不太突出的源。
2023-03-23 astro-ph.HE
HESS J1641-463, a very hard spectrum TeV gamma-ray source in the Galactic plane
HESS J1641-463是由高能立体系统（H.E.S.S.）发现的独特来源。望远镜阵列在多TeV域。该源之前被隐藏在附近明亮的源HESS J1640-465发射的延伸尾部中。然而，从该地区的能量超过4 TeV的甚高能量（VHE）的数据分析显示，这个新的源在8.5 $σ$的显着性水平。HESS J1641-463显示出中等通量水平F（E > 1 TeV）=（3.64 +/- 0.44_stat +/- 0.73_sys）10^-13 cm^-2s^-1，相当于蟹状星云在相同能量以上通量的1.8%，以及光子指数Gamma = 2.07 +/- 0.1_stat +/- 0.20_sys的硬光谱。研究了光变曲线的变异性证据，但在短（28分钟观察）和长（每年）时间尺度上均未发现。HESS J1641-463与射电超新星遗迹（SNR）G338.5+0.1的位置一致。虽然钱德拉和XMM-牛顿的数据揭示了一些可能相关的微弱发射，但没有清晰的X射线对应的SNR。如果来自HESS J1641-463的发射是由宇宙射线质子与周围气体碰撞产生的，那么质子谱扩展到0.1 PeV（99%置信水平），并且可能扩展到更高的能量，> 0.27 PeV（90%置信水平）。如果是这样的话，那么HESS J1641-463可能是一个更大的源群的成员，对膝盖周围的银河宇宙射线通量做出了贡献。
2015-09-29 astro-ph.HE
The observation of the Crab Nebula with LHAASO-KM2A for the performance study
作为大型高空空气簇射天文台（LHAASO）的子阵列，KM 2A主要设计用于覆盖北部天空的大部分区域，以寻找能量超过10 TeV的伽马射线源。尽管探测器建设仍在进行中，但自2019年底以来，KM 2A阵列的一半已经稳定运行。本文介绍了KM 2A的数据分析流程和首次对蟹状星云的观测，蟹状星云是甚高能伽玛射线天文学的标准烛光。我们通过分析2019年12月至2020年5月期间136天的KM 2A数据，在10 $-$ 100 TeV和$>$ 100 TeV的能量范围内检测到来自蟹状星云的伽马射线信号。通过观测，我们测试了探测器的性能，包括角分辨率，指向精度和宇宙线背景抑制能力。蟹状星云的能谱在10-250 TeV的能量范围内符合一个单一的幂律函数dN/dE =（1.13 $\pm$ 0.05 $_{stat}$ $\pm$ 0.08 $_{sys}$）$\times$ 10 $^{-14}$ $\cdot$（E/20 TeV）$^{-3.09\pm0.06_{stat}\pm0.02_{sys}}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$ TeV $^{-1}$。这与其他实验的测量结果一致。这为0.1 PeV以上的伽马射线天文学打开了一个新的窗口，通过它可以发现超高能伽马射线的新现象，如宇宙PeVatron。
2020-10-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
TeV sky versus AUGER one: are UHECR also radioactive, heavy galactic nuclei?
由类He最轻核产生的UHECR（超高宇宙射线）可能解决沿着Cen A的AUGER河外星系聚集：He UHECR不能从室女座到达，因为轻核的脆弱性和不透明度超过几个Mpc; UHECR信号沿着Cen-A聚集，沿着随机的垂直角，通过水平星系臂磁场观察到。类He事件沿与观测到的簇状事件一样大的宽度角传播。UHECR He是易碎的，应在数十EeV多重峰（D，He 3，p）处立即部分碎裂，几乎与其在最近的UHECR多重峰中沿Cen A UHECR聚类发生的20 EeV处一样[23]。它们在一个与Cen A对齐的微小（Cen A中心盘）观测区域（低于整个Auger天空的10^{-2}）内的狭窄拥挤可能以非常低的概率发生，低于3 \dot 10^{-5}，见图1，2，3，[23]。剩余的UHECR扩散组显示出与其他伽马（MeV-Al^26放射性）图的相关性，这主要是由于星系SNR源，如船帆座脉冲星，最亮，最近的GeV源[20]。其他最近的星系伽马源（部分作为蟹状星云和银河系中心核心）通过TeV相关图显示了与UHECR的联系，见图7。我们推测UHECR也是重放射性星系核，如Ni ^[56]、Ni ^[57]和Co ^[57]、Co ^[60]，它们被星系场大幅度弯曲（从几十度到\geq 100°）。UHECR放射性（在β、γ通道中）在数百keV的飞行中衰减增强（通过巨大的洛伦兹因子\simeq 1…
2012-01-24 astro-ph.HE
A Possible Gamma-Ray Enhancement Event in Tycho's Supernova Remnant
我们报告了从第谷超新星遗迹（SNR）中检测到的可能的$γ$射线增强事件，这是1572年发生的Ia型超新星爆炸的结果。该事件持续了1.5年，主要在4- 100 GeV能量范围内表现出3.6倍的通量增加，并伴随着两个478，GeV光子。一些年轻的SNR（包括第谷的SNR）以前被发现在一年或几年的时间尺度上显示出特殊的X射线结构，通量变化，这种事件在$γ$射线能量是第一次看到。这一事件长达一年的时间尺度表明了一个同步辐射过程，但硬$γ$射线的发射需要极端的条件，要么是电子的超高能量高达$\sim$ 10 PeV（远高于宇宙射线的“膝盖”能量），要么是SNR中磁场的高度不均匀性。第谷SNR中的这一事件很可能类似于蟹状星云中观测到的$γ$射线耀斑，它们都需要同步加速器过程，而类似的磁流体动力学过程，如磁重联，也会在SNR中起作用，将粒子加速到超相对论能量。如果得到证实，这一事件有助于揭示年轻SNR中可能发生的物理过程更复杂的一面。
2022-03-31 astro-ph.HE
Limit on an Isotropic Diffuse Gamma-Ray Population with HAWC
高海拔水切伦科夫天文台（HAWC）的105天的数据已被用来放置一个新的限制各向同性扩散伽马射线人口超过10 TeV。高能各向同性弥散伽马射线发射是由未被分辨的河外天体（如活动星系核）产生的，高能宇宙射线与银河系间介质的相互作用或暗物质湮灭可能会产生贡献。各向同性的扩散伽马射线发射已被观察到高达近1 TeV。在此能量以上，仅报告了上限。这些能量以上的各向同性光子数的观测或极限对局部天体物理粒子的产生非常敏感。特别值得注意的是，我们预计光子人口伴随着TeV-PeV天体物理中微子探测在IceCube仪器。对高于这个能量的光子数的观测或限制可以指出这些中微子的起源，表明它们是否在伽马射线视界内。HAWC对100 GeV至100 TeV之间的伽马射线具有卓越的灵敏度，可持续观察头顶天空，并测量或限制1 TeV以上的各向同性辐射。我们提出了一个限制在10 TeV以上的基础上的背景拒绝在105天的观测蟹状星云与HAWC。随着更多的数据和研究，该限值将大幅改善。
2015-08-17 astro-ph.HE
Limits on the Diffuse Gamma-Ray Background above 10 TeV with HAWC
高能漫射伽玛射线背景（DGRB）可能是由未分辨的各向同性分布天体产生的，可能包括银河系或河外结构中的暗物质湮灭或衰变辐射。DGRB只在低于1 TeV的能量下被观测到;高于这个能量，上限已经被报道。在这个能量以上对DGRB的观测或严格限制可能具有重要的多信使意义，例如限制冰立方探测到的TeV-PeV天体物理中微子的起源。高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台，位于墨西哥中部海拔4100米，是敏感的伽马射线从几百GeV到几百TeV，并不断观察一个宽视场（2 sr）。凭借其高能量范围和大面积覆盖，HAWC非常适合显着改善对TeV能量的DGRB的搜索。在这项工作中，严格的削减已被应用到HAWC数据集，以更好地隔离伽马射线的空气阵雨背景强子阵雨。然后使用535天的Crab数据和蒙特卡罗模拟验证了对DGRB的敏感性，导致DGRB超过10 TeV的新限制以及对多信使研究的前瞻性影响。
2022-09-16 astro-ph.HE
Discovery of the hard spectrum VHE gamma-ray source HESS J1641-463
这封信报告了高能立体系统（H.E.S.S.）发现的一个非常硬的光谱源HESS J1641-463。在极高能（VHE）领域。HESS J1641-463由于与附近的明亮源HESS J1640-465混淆，因此通常的分析技术没有注意到它。它出现在一个显着水平的8.5标准差后，限制分析的能量超过4 TeV的事件。它显示了一个中等通量水平F（E > 1 TeV）=（3.64 +/- 0.44_stat +/- 0.73_sys）x 10^-13 cm^-2s-1，相当于蟹状星云在相同能量以上通量的1.8%，以及一个光子指数为Gamma = 2.07 +/- 0.11_stat +/- 0.20_sys的硬光谱。它是一个点状源，尽管由于H.E.S.S.的不确定性，无法排除扩展到sigma = 3 arcmin的高斯宽度。PSF。HESS J1641-463的VHE γ射线通量在观测期间是恒定的，当检查从逐年到28分钟曝光时间尺度的时间合并时。HESS J1641-463与射电超新星遗迹SNR G338.5+0.1的位置一致。没有X射线候选者作为一个明确的关联，但钱德拉和XMM-牛顿数据揭示了一些潜在的弱对应物。各种VHE伽马射线生产方案进行了讨论。如果HESS J1641-463的辐射是由宇宙射线质子与周围气体碰撞产生的，那么它们的光谱必须扩展到接近1 PeV。这个物体可能代表了一个对膝关节…
2014-10-07 astro-ph.HE
