首页/论文/1406.0974

arXiv 1406.09742014-06-04astro-ph.HE

电离作为cosmic ray加速的指标

Ionisation as indicator for cosmic ray acceleration

Florian Schuppan, Christian Röken, Natalie Fedrau, Julia Becker Tjus

备注：: 5 pages, conference proceedings in "Wind Bubbles, Astrospheres and the Heliosphere: Environments and Cosmic Rays", Bochum, Germany. Published in ASTRA proceedings, an Open Access Journal for Refereed Proceedings in Extraterrestrial Research
发表信息：: ASTRA Proceedings, Volume 1, pages 13-17, 2014
DOI：: 10.5194/ap-1-13-2014

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

摘要英文摘要相关论文

摘要：

大质量恒星的天体球和风泡被认为是能量为$E\lesssim 1\,$ TeV的宇宙射线源。这些粒子不能直接探测到，但它们对周围物质的影响，特别是原子和分子氢的电离，可以导致可观察到的特征。为了研究（亚）TeV宇宙射线的潜在源，可以对由具有动能$E_\mathrm{p}\ge 280\,$ MeV的宇宙射线质子与环境氢的质子-质子相互作用引起的伽马射线发射和由具有动能$E_\mathrm{p}< 280\,$ MeV的宇宙射线质子引起的电离进行相关性研究。

英文摘要：

Astrospheres and wind bubbles of massive stars are believed to be sources of cosmic rays with energies $E\lesssim 1\,$TeV. These particles are not directly detectable, but their impact on surrounding matter, in particular ionisation of atomic and molecular hydrogen, can lead to observable signatures. A correlation study of both gamma ray emission, induced by proton-proton interactions of cosmic ray protons with kinetic energies $E_\mathrm{p}\ge 280\,$MeV with ambient hydrogen, and ionisation induced by cosmic ray protons of kinetic energies $E_\mathrm{p}< 280\,$MeV can be performed in order to study potential sources of (sub)TeV cosmic rays.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

阅读原文

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

本文内容

摘要英文摘要相关论文

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

继续探索

相关论文

原恒星：宇宙射线的锻造？

Protostars: Forges of cosmic rays?

银河系宇宙射线（CR）是一种在超新星残余激波中加速的粒子，在星际介质中传播到分子云的致密部分，由于磁场的存在和与分子氢的碰撞，损失了能量和电离效率。最近的观测暗示在高水平的电离和同步辐射的存在下，在原恒星系统，这导致了一个明显的矛盾。我们想解释的起源，这些CR加速内年轻的原恒星所建议的意见。我们的建模包括一组条件，必须满足，以便有一个有效的CR加速通过扩散冲击加速。我们分析了三个主要的加速站点，然后我们遵循这些粒子通过原恒星系统的热点区域的传播。我们发现，射流冲击可以CR质子，这可以提高到相对论能量的强加速器。其他有希望的加速地点是原恒星表面，在坍缩阶段由撞击物质引起的冲击足以加速CR质子。相比之下，吸积流激波太弱，不能有效地加速CR。虽然CR电子被弱加速，但它们可以通过连续冲击中的再加速获得相对论能量的强烈提升。我们提出了一种机制，能够加速CR质子和电子通过扩散冲击加速机制，这可以用来解释高电离率和同步辐射观测到对原恒星源。高能粒子的内部来源的存在可能会对原恒星盘的电离、恒星和行星形成过程以及前生物分子的形成产生强烈的和不可预见的影响。

2016-03-02astro-ph.HEastro-ph.SR

年轻原恒星中的Cosmic-ray加速度

Cosmic-ray acceleration in young protostars

宇宙射线与分子云相互作用的主要特征是高度电离。由于能量损失和磁效应，这一比例在云的致密部分会减少，而在那里预计会形成恒星。然而，最近的观测暗示了原恒星系统中的高水平电离，因此导致了一个明显的矛盾，可以用年轻原恒星中加速的高能粒子的存在来解释。我们的建模包括一组条件，必须满足，以便有一个有效的粒子加速通过扩散冲击加速机制。我们发现，喷流冲击可以是强加速器的质子，可以提高到相对论能量。另一个可能有效的加速点位于原恒星表面，在坍缩阶段，撞击物质引起的冲击足以加速质子。我们的研究结果表明，在类太阳系统的早期阶段加速粒子的可能性，并可以作为一个参数，以支持现有的观测。高能粒子的内部来源的存在可能会对恒星和行星形成过程以及前生物分子的形成产生强烈的和不可预见的影响。

2015-09-21astro-ph.HEastro-ph.SR

恒星形成星系的cosmic ray电离和$γ$射线收支

The cosmic ray ionisation and $γ$-ray budgets of star-forming galaxies

恒星形成星系中的宇宙射线是弥漫的$γ$射线发射和气体电离的主要来源，气体屏蔽得太深，光子无法穿透。虽然产生$γ$射线和电离的宇宙射线具有不同的能量，但它们是由相同的恒星形成驱动源产生的，因此星系的恒星形成率，$γ$射线光度和电离率都应该是相关的。在本文中，我们使用最新的横截面数据来确定这种关系，发现宇宙射线在一个星系的恒星形成率$\dot{M}_*$和气体耗尽时间$t_\mathrm{dep}$产生一个最大的初级电离率$ζ\approx 1\times 10^{-16} (t_\mathrm{dep}/\mbox{Gyr})^{-1}$ s $^{-1}$和最大的$γ$ -射线光度$L_γ\approx 4\times 10^{39} (\dot{M}_*/\mathrm{M}_\odot\mbox{ yr}^{-1})$ erg s $^{-1}$在0.1 - 100 GeV带。这些预算意味着，在银河系分子云中测量的电离率包括一个显着的贡献，从当地的来源，提高他们以上的银河系的平均值，或CR驱动的电离在银河系中的增强源不直接与恒星形成。我们的研究结果还意味着，在星暴系统的电离率只有适度增强相比，在银河系。最后，我们指出，测量$γ$ -射线光度可以用来限制星系电离预算的星暴星系，几乎没有系统的不确定性的宇宙射线加速的细节。

2023-02-08astro-ph.GAastro-ph.HE

金牛 T 型星内盘的电离：强磁重联事件产生的原位高能粒子效应

Ionisation of inner T Tauri star discs: effects of in-situ energetic particles produced by strong magnetic reconnection events

本研究结合粒子截面、传播谱、耀斑观测与 ProDiMo 盘模型，评估金牛 T 型星磁重联产生的原位高能粒子对内盘电离率的增强作用。

2022-10-19astro-ph.HEastro-ph.SRphysics.plasm-ph

塞弗特星系I Zw 1在X射线耀斑期间日冕的加速和冷却

Acceleration and cooling of the corona during X-ray flares from the Seyfert galaxy I Zw 1

我们报告了NuSTAR和XMM-牛顿天文台在2020年1月从活动星系核I Zwicky 1（I Zw 1）观测到的X射线耀斑。X射线谱可以用一个模型很好地描述，该模型由日冕的连续辐射和它在快速旋转（α> 0.94）的黑洞周围的吸积盘的反射组成。为了模拟宽带光谱，有必要考虑整个光盘电离的变化。对耀斑之前、期间和之后的X射线光谱的分析揭示了与耀斑相关的日冕的潜在变化。在耀斑期间，反射分数显著下降，与日冕远离吸积盘的加速一致。我们首次发现了在X射线耀斑期间，温度从耀斑前的140（-20，+100）keV下降到耀斑期间的45（-9，+40）keV的证据。铁K线的轮廓揭示了吸积盘的发射率轮廓，表明它在耀斑之前被一个在盘上延伸不超过7（-2，+4）rg的致密日冕照亮，但有初步证据表明日冕在耀斑期间加速时膨胀。耀斑消退后，日冕坍缩到半径为6（-2，+2）rg。快速的时间尺度的耀斑表明，它们出现在黑洞的磁层，而不是在吸积盘，和日冕的变化是一致的连续性所产生的种子光子从光盘康普顿。

2022-04-04astro-ph.HE

银河系宇宙射线的组成及其起源

The Origin of Galactic Cosmic Rays as Revealed by their Composition

银河系宇宙射线（GCR）被认为是在强烈的冲击中加速的，这些冲击是由横扫星际介质的大质量恒星风和超新星爆炸引起的。但是直到现在，从其中提取CR的星际介质的相位仍然难以捉摸。在这里，我们详细研究GCR源的组成推导出最近的测量AMS-02，旅行者1号和SuperTIGER实验，以获得信息的组成，电离状态和尘埃含量的GCR源水库。我们发现，CR材料的挥发性元素主要是加速从等离子体的温度高于$\sim 2$ MK，这是典型的热介质中发现的银河超级气泡的大规模恒星风和超新星爆炸的活动提供能量。另一个GCR成分是导致$^{22}$ Ne过剩的原因，它很可能是由于大质量星风在其终端激波中的加速引起的。根据银河系中与CR相关的$γ$射线光度，我们估计了超新星激波和风终止激波中的离子加速效率为$10^{-5}$量级。GCR源成分也显示了星际尘埃中所含的难熔元素优先加速的证据。我们认为，GCR耐火材料也产生于超气泡，从冲击加速和随后的溅射尘埃颗粒不断纳入热等离子体通过热蒸发嵌入分子云。我们的模型很好地解释了测量的所有主要和主要的初级CR从H到Zr的丰度，包括过剩的$^{22}$ Ne。

2021-09-13astro-ph.HE

更多相关论文收起更多论文

超新星残余激波中的宽巴耳末线发射和cosmic ray加速效率

Broad Balmer line emission and cosmic ray acceleration efficiency in supernova remnant shocks

巴耳末辐射可能是一个强有力的诊断工具，以测试宇宙线（CR）加速的范式在年轻超新星遗迹（SNR）冲击。宽巴耳末线的宽度是下游等离子体温度的直接指标。在有效粒子加速的情况下，等离子体的总动能的相当大的一部分被引导到CR中，因此下游温度降低，宽巴耳末线宽度也降低。该宽度还取决于下游离子和中性氢原子之间的热平衡水平。由于一般在年轻的SNR冲击只有少数电荷交换（CE）反应发生电离前，离子和中性之间的平衡没有达到，和中性的动力学描述是必需的，以正确计算巴耳末发射。我们提供了一种方法，用于计算巴耳末发射使用的冲击结构的自洽描述中存在的中性和CR。我们使用一个最近开发的半解析方法，中性粒子，电离等离子体，加速粒子和磁场都耦合在一起，通过质量，动量和能量通量守恒方程。中性粒子的分布是从速度空间中的完整玻尔兹曼方程得到的，通过电离和CE过程耦合到麦克斯韦离子。由于原子相互作用速率的更好近似，相对于以前的工作，计算也得到了改进。我们发现，当激波速度大于2500 km/s时，宽中性粒子的分布永远不会接近麦克斯韦分布，其矩也不同于电离分量的矩。这些差异反映到一个较小的FWHM比在以前的计算中预测，热化假设。这里提出的方法提供了一个现实的估计粒子加速效率在Balmer主导的冲击。

2013-07-31astro-ph.HE

恒星形成区局部cosmic-ray加速度的双重特征

The double signature of local cosmic-ray acceleration in star-forming regions

近年来，人们对原恒星表面或沿原恒星喷流的激波产生低能宇宙射线（< 1 TeV）的研究越来越感兴趣。这些局部加速的CR提供了一个有吸引力的解释，高水平的非热发射和电离率，$ζ$，观察接近这些来源。在一些原恒星源中观察到的高$ζ$通常归因于激波产生的紫外光子。本文的目的是表明，当在同一空间区域测量同步辐射和高$ζ$时，局部冲击加速的CR通量足以解释这两种现象。假设相对论粒子按一阶费米加速机制加速，计算了$ζ$和厘米波段的非热辐射。然后，我们将我们的模型应用到恒星形成区域OMC-2 FIR 3/FIR 4。使用贝叶斯分析，我们约束模型的参数和估计的光谱指数的非热无线电发射。我们证明，本地CR加速模型，使它有可能同时解释同步辐射沿HOPS 370喷流在FIR 3区域和$ζ$附近观察到的FIR 4原星团。我们的模型约束的磁场强度（~250-450 $~μ$ G），其湍流分量（~20-40 $~μ$ G），并为HOPS 370喷流（~350-1000 km s $^{-1}$）的三个非热源的冲击参考系中的喷流速度。除了OMC-2 FIR 3/FIR 4系统的建模，我们展示了如何在厘米波长和分子跃迁的连续观测的组合是一个强大的新工具，用于分析恒星形成区域：这两种类型的观测可以同时解释调用只存在局部加速CR，而不必诉诸冲击产生的UV光子。

2021-03-18astro-ph.GAastro-ph.HE

用X射线观测揭示一个奇特的超新星遗迹G106 .3+2.7作为一个拍电子伏质子加速器

Revealing a peculiar supernova remnant G106.3+2.7 as a petaelectronvolt proton accelerator with X-ray observations

超新星遗迹一直被认为是最有希望的银河系宇宙射线源之一。在SNR范式中，Petaelectronvolt（PeV）质子加速可能只在早期演化阶段可行，持续几百年，当SNR冲击速度很高时。虽然支持PeV质子在年轻SNR中加速的证据尚未被发现，但X射线同步辐射是快速冲击的重要指标。我们在这里报告的X射线同步辐射的第一个发现，从可能的中年SNR G106.3+2.7，这意味着这个SNR仍然是一个充满活力的粒子加速器，尽管它的年龄。这一发现，连同周围环境信息，多波长观测和理论论证，支持SNR G106.3+2.7作为可能的强大PeV质子加速器。

2021-06-01astro-ph.HE

利用X射线观测研究第谷超新星遗迹（SNR）中磁湍流的本质

Investigating the nature of magnetic turbulence in Tycho's SNR using X-ray observation

National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）

本研究利用pGMCA获取的第谷超新星遗迹非热X射线流量图像，采用两点相关法推导磁能谱，结合X射线边缘厚度估算，发现其湍流尺度短于射电观测结果，为理解宇宙线加速提供了关键观测依据。

2026-10-12astro-ph.HE

Hα/Hβ：银河系低能宇宙线示踪剂

H$α$/H$β$ a Galactic Low Energy Cosmic Rays tracer

本文提出并验证了以Hα/Hβ电荷交换发射作为光谱学指标来追踪银河系低能宇宙线，并在RCW 86遗迹上证实其有效性，进而探索将其转化为适用于LSST巡天的测光指标。

2024-04-03astro-ph.GAastro-ph.HE

超新星遗迹PeVatrons云γ射线的预测

Predictions for gamma-rays from clouds associated with supernova remnant PeVatrons

星际云可以作为强子宇宙射线的目标材料;通过非弹性质子-质子碰撞产生的伽马射线和空间上与云相关联的伽马射线提供了有效粒子加速的关键指标。然而，即使PeVatron源达到PeV能量，云和加速器系统必须满足几个条件，以产生可检测的伽马射线通量。在这篇文章中，我们讨论了云和加速器的必要属性。使用现有的超新星遗迹（SNR）和星际云目录，并假设粒子加速到PeV能量在附近的SNR，我们产生了一个排名最有前途的目标系统的候选名单，预测可检测到的伽马射线通量。我们讨论了未来的设施，包括CTA和SWGO的检测前景，并比较我们的预测与已知的伽马射线源，包括超高能量源最近检测到的LHAASO。一系列的模型方案进行了测试，包括扩散系数和粒子谱的变化，在我们的候选名单中的最佳候选云是一致的明亮。平均而言，可检测的伽马射线通量更有可能用于更大质量的云;对于SNR和云之间的分离距离较低的系统;以及由于粒子穿过分离距离所需的时间，对于稍微旧的SNR。

2021-08-04astro-ph.HE

在HII区加速的宇宙射线的非热辐射

Non-thermal emission from cosmic rays accelerated in HII regions

米-厘米波长的射电观测揭示了HII区域发射的性质。通常这类物体主要是由电离氢产生的热辐射，即质子和电子。然而，一些观测研究表明，存在着热辐射和非热辐射混合的HII区。后者代表了相对论电子存在的线索。然而，无论是星际宇宙射线的电子通量，还是由初级宇宙射线通过电离过程产生的次级电子通量，都不足以解释观测到的通量密度。我们研究了在HII区激波中局部热电子加速到相对论能量的可能性。我们假设相对论电子可以通过一阶费米加速机制加速，我们估计了出射电子通量，相应的通量密度，和光谱指数。我们发现通量密度的数量级相同的观察。特别是，我们将我们的模型应用到人马座B2的“深南”（DS）区域，我们成功地再现了观测到的通量密度，精度小于20%，以及光谱指数。该模型还给出了磁场强度（$0.3-4$ mG），密度（$1-9\times10^4$ cm $^{-3}$），并在冲击参考系（$33-50$ km s $^{-1}$）在DS预期的流速约束。我们提出了一种能够通过一阶费米加速来加速HII区域内的热电子的机制。局域相对论电子源的存在可以解释观测到的非热辐射和相应的光谱指数的来源。

2019-08-21astro-ph.GAastro-ph.HEastro-ph.SR

超高能宇宙射线的天体物理

The Astrophysics of Ultrahigh Energy Cosmic Rays

最高能量的宇宙射线的来源仍然是未知的。它们的来源的发现将揭示宇宙中最具活力的天体物理加速器的工作原理。目前的观测表明，光谱与河外天体物理源的起源一致。候选的来源范围从致密物体的诞生到与伽马射线暴或活动星系中的事件有关的爆炸。我们讨论了从宇宙学上遥远的源传播的主要影响，包括与宇宙背景辐射和磁场的相互作用。我们研究可能的加速机制，导致调查的候选人来源和他们的签名。新的问题来自于观测到的天空各向异性的暗示和成分指标的意外演变。未来的观测可能会达到必要的灵敏度，以实现带电粒子天文学和观测高能光子和中微子，这将进一步阐明宇宙在这些极端能量下的运作。除了促进对高能天体物理现象的新认识外，对高能宇宙射线的研究还可以限制银河系和河外磁场的结构以及探测粒子的相互作用，其能量比地球加速器所达到的能量高几个数量级。

2011-01-22astro-ph.COastro-ph.HE