Fermi Bubbles: an Elephant in the Gamma-ray Sky
费米泡是费米大天区望远镜（LAT）揭示的伽马射线天空中最显着的特征之一。伽马射线发射的性质和气泡的起源仍然是悬而未决的问题。本文将讨论γ射线产生的轻子模和强子模的一些基本特征。目前，伽马射线是我们研究气泡的最佳方法，但为了解决气泡的起源，多波长和多信使观测将是至关重要的。
2017-04-09 astro-ph.HE
Time and Space Dependent Stochastic Acceleration Model for the Fermi Bubbles
Fermi-LAT揭示了存在于银河系中心的两个巨大的伽马射线气泡，称为“费米气泡”。WMAP的观测也报告了在同一区域存在两个微波气泡，被称为“WMAP haze”。为了解释这些成分，有人认为γ射线是由等离子体湍流加速的相对论电子的逆康普顿散射产生的，而微波是由同步辐射辐射的。但是以前的研究没有再现费米泡和WMAP雾在星系中典型的磁场下。我们假设存在于气泡中的冲击和由等离子体湍流加速的效率，“随机加速”，随着与冲击波阵面的距离而变化。与激波阵面的距离随着时间的增加而增加，因此加速效率也随着时间的变化而变化。我们还考虑了电子通过扩散损失从湍流中逃逸的时间发展。我们的模型成功地再现了典型磁场下费米泡和WMAP霾的观测特性。
2015-02-10 astro-ph.HE
Hadronic models of the Fermi bubbles: Future perspectives
费米-LAT从银河系中心的费米气泡中探测到的亚TeV伽马射线的起源仍然未知。在强子模型中，质子和/或原子核的加速以及它们随后与气泡体积中的气体的相互作用可以产生观测到的伽马射线。这种相互作用自然会产生高能中微子，对它们的探测可以区分伽马射线的强子和轻子起源。从最近的HAWC观测限制强子模型参数，这反过来又不利于费米气泡作为一个大部分的中微子事件沿气泡方向检测到的起源费米气泡在TeV范围内的伽马射线通量的额外限制。我们重新审视我们的强子模型，并讨论未来的约束参数从观测中非常高的能量伽马射线和中微子。
2018-04-09 astro-ph.HE
The Fermi bubbles as a Superbubble
为了模拟费米泡，我们应用超泡（SB）的理论。综述了热模型和自引力模型。我们介绍了第三个模型的基础上的动量守恒的薄层在介质中传播的密度平方反比的依赖。比较了这三种模型的截面与费米泡观测图的截面。导出了SB展开式随时间和极角变化的解析规律。我们得到了费米泡在椭圆框架中成像的一个新的解析结果。
2018-06-24 astro-ph.HE
The Fermi Bubbles Revisited
我们分析了费米-LAT 60个月的所有天空数据。我们的分析清楚地揭示了以前发现的费米泡结构。有了更多的数据和更好的统计数据，我们现在可以将每个气泡分成恒定的经度切片，以研究它们的总$γ$射线光谱形态。虽然在我们的分析中得出的每个切片的详细光谱行为在某种程度上取决于假设的背景模型，但我们稳健地发现，在低能量下通量的相对不足（即，（1）向南方泡沫的顶部。在这两个泡泡中，光谱都不随经度而变软。费米泡的形态也被揭示是依赖于能量的：在高能量下，它们更加扩展。我们得出结论，从高纬度的伽玛射线谱，在轻子和强子模型中，需要在母宇宙线人口的低能量突破。我们简要地讨论可能的轻子和强子解释这一现象。
2014-02-03 astro-ph.HE
Detection Potential of the KM3NeT Detector for High-Energy Neutrinos from the Fermi Bubbles
最近对费米大天区望远镜数据的分析提供了证据，证明在银河系中心上下各50°的两个大区域（“费米泡”）中存在高强度的高能伽马射线发射，其光谱为E^-2。提出了一个强子机制，这种伽马射线发射费米泡的候选源的高能中微子发射。在这项工作中，蒙特卡罗模拟的费米气泡的高能中微子的探测能力与未来的多公里^3中微子望远镜在地中海的KM 3 NeT。假设伽马射线的发射完全是由强子过程引起的，结果表明，对于截止能量为100 TeV的中微子谱和仪器体积约为6 km^3的探测器来说，在大约一年的运行时间内就可以发现气泡中的中微子。还考虑了可能的下限截止值的影响。
2012-11-27 astro-ph.HE
Galactic center gamma-ray excess and the Fermi bubbles
银河系中心（GC）被认为是可能的暗物质（DM）湮灭信号的最亮源。有几个小组已经探测到了过量的伽马射线发射。DM和更传统的天体物理学解释的过剩已经提出。在这份报告中，我们讨论了可能的影响，在低纬度的费米泡上的GC过剩建模。我们认为在低纬度的费米泡的模板，通过假设在低纬度的1 GeV和10 GeV之间的频谱是相同的，在高纬度。我们认为，费米泡附近的GC的存在可能有显着的影响，特别是在10 GeV以上的能量的GC过剩的光谱。
2018-02-09 astro-ph.HE
Fermi Bubbles with HAWC
费米泡由两个大而均匀的硬伽马射线辐射区域组成，一直延伸到银河系中心上方和下方的$55^{o}$，2010年费米望远镜的GeV伽马射线数据首次被注意到。产生所观察到的硬光谱的一种或多种机制尚不清楚。虽然强子和轻子模型都可以描述气泡的光谱，但轻子模型也可以解释WMAP和普朗克卫星微波数据中观察到的类似结构。最近的研究表明费米泡的能谱在100 MeV到500 GeV的能量范围内符合幂律和指数截止。在更高的伽马射线能量下观察费米气泡将有助于限制气泡的起源。一个更陡的截止线将有利于轻子模型。高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台位于墨西哥海拔4100米，旨在测量100 GeV至100 TeV之间的高能伽马射线。HAWC具有大视场和对空间扩展源的良好灵敏度，是最适合在TeV能量下寻找费米泡等扩展区域的天文台。我们将在红十字国际委员会会议期间介绍对银河系北半球HAWC可见的费米泡的初步分析结果。
2015-08-26 astro-ph.HE
IceCube and HAWC constraints on very-high-energy emission from the Fermi bubbles
从\emph{Fermi}气泡发射的$γ$射线的性质是未知的.强子模型和轻子模型都被用来解释Fermi-LAT在0.1-500~GeV之间观测到的特殊的$γ$射线信号。如果这种发射持续超过$\sim$ 30 TeV，那么\emph{Fermi}气泡的强子模型将为冰立方天文台探测到的高能中微子通量做出重大贡献。即使在轻子$γ$ -射线产生GeV能量的\emph{Fermi}泡通量的模型中，在非常高的能量下也可以观察到强子成分。IceCube和HAWC测量的组合有能力通过比较中微子和$γ$ -射线通量在类似的能量尺度上区分这些情况。我们检查了最近四年的数据集产生的冰立方合作，并没有发现中微子发射来自\emph{Fermi}气泡的证据。特别是，我们发现先前提出的过度与弥漫的天体物理背景一致，p值为0.22（在极端情况下，所有与气泡重叠的IceCube事件都来自它们）。此外，我们表明，现有的和即将到来的HAWC观测提供独立的约束任何中微子发射的\emph{Fermi}气泡，由于密切相关的$γ$射线和中微子通量之间的强子相互作用。这些结果的结合不利于\emph{Fermi}气泡对冰立方中微子通量的显著贡献。
2017-11-17 astro-ph.HE
2nd-order Fermi acceleration as the origin of the Fermi bubbles
费米-LAT的伽马射线数据显示，在银河系中心上下50度处有一个双小叶结构，与ROSAT X射线图中可能相关的结构相吻合，该结构可能起源于几百万年前靠近银河系中心的一些能量释放。有人认为，伽马射线的产生是由于相对论电子在气泡中存在的等离子体冲击下加速的逆康普顿散射。我们探讨了另一种可能性，相对论电子进行随机的二阶费米加速在整个体积的气泡等离子体波湍流。这种湍流产生的外部冲击波后面，并传播到气泡体积，导致一个非平凡的空间变化的电子光谱指数。而不是一个恒定的体积发射率预测在其他模型中，我们发现一个几乎恒定的表面亮度的伽马射线，也重现观察到的尖锐边缘的气泡。我们对其他渠道可能进行的交叉检查发表意见。
2011-08-08 astro-ph.HE
Correlation of high energy neutrinos and gamma rays on the direction of Fermi Bubbles
我们研究了由IceCube探测到的天体物理中微子与位于银河系中心的两个大型球状结构（称为费米泡（FB））的几何形状的空间相关性。利用8年来收集的Fermi-LAT数据和高海拔水切伦科夫（HAWC）γ射线天文台得出的上限，我们使用混合（轻强子）模型来研究费米泡方向上的高能中微子的可能相关性。我们发现，这些事件可能与北方泡沫无关，但不排除与南方球状结构的可能相关性。我们希望在未来几年通过切伦科夫望远镜阵列（CTA）和南方伽马射线巡天观测站（SGSO）改进伽马射线观测，以测试南方气泡可能的强子发射。
2019-08-15 astro-ph.HE
Galactic breeze origin for the Fermi bubbles emission
费米泡的起源仍然不清楚，它构成了银河平面上方和下方的两个伽马射线发射叶。费米泡的伽马射线发射起源于强子宇宙射线平流的亚音速银河外流，或微风的可能性，在这里进行了探讨。微风的解决方案和随后的宇宙射线传输的模拟进行了使用流体动力学代码，PLUTO，结合宇宙射线传输代码。得到的银河系外流模型被认为是兼容的费米泡区域中的气体的减速外流速度剖面的推论，和大量的热电离气体的存在下，在星系晕区域的证据。虽然简单，这个模型被认为是能够重现所观察到的费米-LAT能量通量在银河系高纬度地区。根据这些结果，对1-3~TeV光子的γ射线辐射作了预测，以便将来与CTA/SWGO测量作比较。
2022-11-29 astro-ph.HE
Cosmic-ray electrons and the magnetic field of the North Polar Spur
本研究利用多波段观测约束了北极冠突中宇宙射线电子和磁场参数，发现电子能量密度、磁场强度及激波加速效率等关键值，并探讨了电子再加速或早期激波加速机制。
2023-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
The role of magnetic fields in shaping $γ$-ray emission from the Fermi bubbles
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Astronomy & Astrophysics Section, School of Cosmic Physics, Dublin Institute for Advanced Studies（都柏林高等研究院宇宙物理学院天文学与天体物理学系）
研究磁场对银河中心喷流中宇宙射线扩散的影响，揭示其在费米气泡γ射线发射形成中的作用。
2026-01-22 astro-ph.HE
A Hadronic-Leptonic Model for the Fermi Bubbles: Cosmic-Rays in the Galactic Halo and Radio Emission
本文在强子模型下研究了费米泡的非热辐射。宇宙射线（CR）质子在气泡的前向激波处被加速。它们与星系晕中的背景气体相互作用，通过质子-质子相互作用产生$π^0$衰变的伽马射线和次级电子。我们遵循CR质子和电子的演化，通过计算它们的分布函数。我们发现，$π^0$衰变γ射线的光谱和强度分布与观测一致。我们预测，激波阵面位于费米泡的伽马射线边界的前面。这自然解释了在最近的朱雀观测中，在伽马射线边界处没有发现明显的热气体温度跳跃的事实。我们还考虑了在激波阵面的星系晕中背景CRs的再加速。我们发现，它可以显着影响费米泡的γ射线，除非背景CR的密度是$\lesssim 10$的银河系盘。我们指出，单独的次级电子不能产生所观察到的费米泡的射电辐射。然而，从气泡的最外层区域的无线电发射可以解释，如果电子直接加速在冲击波阵面的效率为质子的$\sim 0.1$ \%。
2014-05-20 astro-ph.HE
Fermi bubble $γ$-rays as a result of diffusive injection of Galactic cosmic rays
最近，{ \it{Fermi} }太空望远镜发现了两个大的$γ$射线发射区，即所谓的“费米泡”，它们延伸到银河系中心上方和下方的$\sim 50^\circ$。发现气泡的$γ$射线发射遵循强度和光谱形状没有显著空间变化的硬光谱。发射的起源仍然不清楚。建议的解释包括高速银河风从银河系中心注入宇宙射线核，多次冲击的电子加速和气泡内的随机电子加速。在这封信中，有人提出，$γ$ -射线可能是银河宇宙射线质子在银河系传播过程中扩散注入的结果。考虑到气泡是缓慢膨胀的，并且宇宙射线在气泡内的扩散比在平均星系中慢得多，同时由于绝热膨胀和与气泡等离子体的非弹性碰撞而遭受损失，该模型可以解释观察到的强度分布、发射光谱和测量的光度，而不像其他现有模型那样调用任何额外的粒子产生过程。
2013-10-02 astro-ph.HE
Formation of large-scale magnetic structures associated with the Fermi bubbles
费米泡是银河系复杂区域的一部分。这一区域呈现出宽带扩展的非热辐射，显然来自于根植于银河系中心的物理结构，并有一个部分有序的磁场贯穿其中。我们探讨了费米泡区域爆炸起源的可能性，以解释其形态，特别是大尺度磁场，并提供宽带非热辐射的背景。我们对几百万年前的一次爆炸进行了3D磁流体动力学模拟，该爆炸推动并剪切了周围的磁环，该磁环锚定在银河系中心周围的分子环面中。我们的结果可以解释费米泡区大尺度磁结构的形成。连续爆炸事件可能更好地匹配该地区的形态。激波顶部的速度比两侧的速度快，这可以解释在GeV辐射中发现的离银道面越远越硬的现象。在我们的设想框架中，我们估计费米泡的寿命为$2\times10^6$ yr，爆炸中注入的总能量为$> 10^{55}$ ergs。来自该区域的宽带非热辐射可以用轻子发射来解释，在无线电和X射线中更广泛，并且在伽马射线中局限于费米泡。
2013-11-26 astro-ph.HE
Magnetic substructure in the northern Fermi Bubble revealed by polarized WMAP emission
我们报告了巨大的，极化的微波结构出现在银河系中心附近的银河系平面和一些GeV的伽马射线特征，包括最近发现的北部费米泡的东部边缘之间的对应关系。极化微波特征也对应于全天空408 MHz总强度数据中看到的结构，包括银河系中心的支线。在23 GHz的极化数据所揭示的磁场结构表明，无论是与气泡边缘重合的发射，还是银河系中心的毛刺，都不太可能是本地ISM的特征。根据观测到的形态对应，类似的推断光谱，和类似的能量的所有来源，我们建议银河系中心的支线和北部费米泡之间的直接连接。
2012-02-02 astro-ph.HE
Search for a neutrino emission from the Fermi Bubbles with the ANTARES telescope
ANTARES是北半球最大的中微子望远镜。主要的科学目标是寻找来自银河系和河外源的宇宙中微子。中微子是通过沿着探测器内部或附近中微子相互作用产生的带电粒子的路径发射的切伦科夫光来探测的。ANTARES对所有的味道都很敏感，尽管它对μ子中微子进行了优化。自2008年5月以来，该探测器一直在完整配置中获取数据。利用2007-2010年期间收集的数据，第一次分析专门从费米泡中寻找中微子。费米泡的特征是具有E^{-2}光谱的伽马发射，并且在整个空间中具有相对恒定的强度。根据一种提出的伽马射线发射的强子机制，费米泡可以是高能中微子的来源。在ANTARES的数据中没有发现中微子信号的证据。因此，上限的中微子通量与不同的能量截止计算。
2013-03-19 astro-ph.HE
Neutrino Events at IceCube and the Fermi Bubbles
我们讨论的可能性，冰立方中微子望远镜可能是观察费米泡。如果在伽马射线中发现的气泡来自加速的质子，它们应该是高能（> GeV）中微子的强发射体。在千米^3中微子观测站，这些中微子可以作为簇射或径迹状事件被探测到。对于一次宇宙射线截止能量等于或高于10 PeV的情况，费米泡通量大大超过大气背景，并且可以解释在冰立方探测到的28个高于~ 30 TeV的事件中的~ 4-5个。运行探测器5-7年以上应该足以发现这种高意义的通量。对于光谱较陡和/或截止能量较低的初级宇宙线通量，需要较长的运行时间来克服背景。
2014-06-18 astro-ph.HE
Can the symmetric Fermi and eROSITA bubbles be produced by tilted jets?
通过三维相对论流体动力学模拟，发现倾斜的AGN失败喷流受盘内气体阻碍形成热气泡，并在浮力作用下转为垂直，成功重现了对称的Fermi和eROSITA气泡的多波长观测特征。
2024-05-31 astro-ph.HE
A possible origin of gamma rays from the Fermi Bubbles
近年来最令人兴奋的发现之一是在银河系中心的上方和下方存在一对巨大的伽马射线发射区，即所谓的费米泡。这些气泡是由费米太空望远镜发现的，在银河系纬度上延伸到$\sim 50^\circ$，在银河系经度上有$\sim 40^\circ$宽。伽马射线发射也被发现与无线电，微波和X射线发射相关。气泡的起源和相关的非热排放仍然没有清楚地了解。对非热辐射的可能解释包括高速银河风/喷流从银河系中心注入宇宙射线，气泡内存在的多重冲击或等离子体湍流加速，以及与气泡膨胀相关的强冲击波加速。在本文中，我将讨论的伽马射线发射产生的可能性，银河宇宙射线主要是质子在银河系的扩散传播过程中注入。质子与气泡等离子体相互作用产生$π^\circ$ -衰变伽马射线，而同时，无线电和微波同步辐射由$π^{\pm}$衰变产生的次级电子/正电子产生。
2014-12-22 astro-ph.HE
Search for TeV emission from the Fermi Bubbles at low Galactic latitudes with H.E.S.S. inner Galaxy survey observations
费米泡是大约十年前在{ \it Fermi}-LAT数据中发现的，是一种延伸到55度的双瓣结构。在银河系的纬度上和银河系的中心之下。目前，它们的起源仍然未知。H.E.S.S.该合作目前正在进行有史以来第一次对银河系内部区域TeV伽马射线的调查：内部星系调查。这次巡天的目的是对银河系中心周围几度范围内的微弱和漫射辐射达到最佳的灵敏度。它对暗物质信号、新的漫发射和银河系中心的TeV外流提供了前所未有的灵敏度。了解银河系低纬度地区费米泡的性质将为了解其起源提供关键的见解。我们使用低纬度的空间模板在费米泡的基础上寻找TeV发射。2014-2020年H.E.S.S.将报告观察结果。
2021-08-24 astro-ph.HE
IceCube constraints on the Fermi Bubbles
我们分析了冰立方四年的中微子数据，以寻找费米气泡的信号。即使考虑到较软的背景，也没有从气泡或其致密的外壳中发现信号。这对宇宙射线离子（CRI）加速效率施加了保守的$ξ_i<8\%$上限，并且对加速效率的电子与离子比施加了$η\equiv ξ_e/ξ_i \gtrsim0.006$下限（在$2σ$置信水平下）。对于典型的$ξ_i$，一旦冰立方中微子的数量增加了$\sim$一个数量级，信号就应该浮出水面，除非CRI光谱上有一个$<$ PeV截止。
2017-09-23 astro-ph.HE
Fermi Bubbles as a Result of Star Capture in the Galactic Center
费米发现了两个巨大的伽马射线发射气泡，直径近10千秒差距。我们建议，周期性的恒星捕获过程的银河系超大质量黑洞，Sgr A*，与捕获率$<10^{-5}$年$^{-1}$和能量释放$\sim 10^{52}$ erg每一个捕获可以产生冲击的晕，这加速电子的能量~ 1 TeV。这些电子通过同步辐射产生无线电辐射，并通过与遗迹和银河系软光子的逆康普顿散射产生伽马射线。从观测到的伽马射线通量的扩散系数的估计解释一致的必要的最大能量的电子和尖锐的边缘的气泡。
2011-09-28 astro-ph.HE
The Spatially Uniform Spectrum of the Fermi Bubbles: the Leptonic AGN Jet Scenario
费米气泡是银河系中心（GC）上方和下方的两个巨大的伽马射线气泡，是费米伽马射线太空望远镜最重要的发现之一。由于距离近，空间分辨，多波长观测提供了很好的机会，了解气泡的物理起源。观测到的气泡的一个独特特征是它们的伽马射线谱，包括在~110 GeV的高能截止和谱的整体形状，几乎是空间均匀的。高能光谱截止暗示了轻子起源，因为它可能是宇宙射线（CR）电子的同步加速器和逆康普顿（IC）冷却的标志;然而，即使是轻子模型，也不清楚为什么光谱应该是空间均匀的。在这项工作中，我们调查的费米泡的形成轻子喷流的情况下，使用新实施的CRSPEC模块在FLASH中，使我们能够跟踪CR光谱的演变过程中的飞行模拟。我们表明，高能量截止是由快速同步加速器和IC冷却GC附近的喷气机首次发射时。在喷流传播离开GC之后，喷流的动力学时间尺度在所有相关时间尺度中变得最短，因此光谱基本上是平流的，只有轻微的冷却损失。这可以解释为什么气泡光谱在空间上几乎是均匀的：在气泡膨胀的早期阶段，来自气泡不同部分的CR在GC附近都具有相同的起源。我们发现，由轻子喷流模型预测的CR空间和光谱分布可以同时匹配的归一化，光谱形状，和高能量截止观测到的伽马射线光谱和它们的空间均匀性，这表明过去的活动星系核喷流活动是一个可能的费米泡的形成机制。
2017-11-30 astro-ph.HE
Origin of Nonthermal Emission from the Fermi Bubbles and Mechanisms of Particle Acceleration There
我们分析了费米泡中粒子的加速过程。我们研究的目的是获得加速机制的限制。我们对背景等离子体加速、超新星遗迹发射的相对论电子再加速和银河系中心恒星潮汐破裂过程产生的激波加速这三个过程的分析表明，多激波加速模型目前没有严重的异议，因此似乎我们比其他模型更有吸引力。
2013-11-26 astro-ph.HE
Fermi bubbles detected in $\sim$100 TeV neutrinos
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；Qedma Quantum Computing（qedma量子计算）
利用IceCube 12年高能起始事件数据，结合Fermi-LAT和eROSITA观测，在银河系外高纬度区域以>4σ显著性探测到费米气泡的中微子发射，证实了激波加速离子到PeV能量并携带~10^54.5 erg能量。
2026-09-29 astro-ph.HE
Origin of the Fermi Bubble
费米发现了两个巨大的伽马射线发射泡，它们在银河系中心（GC）的北部和南部直径分别接近10千秒差距。气泡的存在首先在ROSAT探测到的X射线中得到证实，后来WMAP在伽马射线气泡的位置探测到了过量的无线电信号。我们建议，周期性的恒星捕获过程的银河系超大质量黑洞，Sgr A $^*$，捕获率$3\times 10^{-5}$年$^{-1}$和能量释放$\sim 3\times 10^{52}$尔格每次捕获可以产生非常热的等离子体$\sim 10$ keV的风速$\sim 10^8$ cm/s注入到晕和加热晕气体$\sim 1$ keV，产生热X射线。热等离子体的周期性注入可以在晕中产生冲击，并将电子加速到$\sim$ TeV，这通过同步辐射产生无线电发射，并通过与遗迹和银河系软光子的逆康普顿散射产生伽马射线。
2011-03-05 astro-ph.HE
The Spectrum and Morphology of the Fermi Bubbles
费米泡是伽马射线天空中的两个大型结构，延伸到银河系中心上下的$55^\circ$。我们分析了50个月的费米大面积望远镜的数据之间的100 MeV和500 GeV以上的$10^\circ$在银河系纬度的费米泡的光谱和形态。我们彻底探讨了系统的不确定性，通过两种不同的方法建模时产生的银河漫发射。伽马射线谱可以用对数抛物线或指数截止的幂律来描述。我们排除了一个简单的幂律超过7 $σ$的意义。指数截止的幂律指数为$1.9 \pm 0.2$，截止能量为$110\pm 50$ GeV。我们发现气泡的γ射线光度为$4.4^{+2.4}_{-0.9} \times 10^{37}$ erg s $^{-1}$。我们确认了一个显着增强的伽马射线发射在东南部的泡沫，但我们没有找到显着的证据，一个喷气式飞机。未检测到气泡间光谱的显著变化。气泡边界的宽度估计为$3.4^{+3.7}_{-2.6}$度。逆康普顿（IC）模型和强子模型，包括IC从次级轻子发射的伽马射线数据拟合得很好。在IC方案中，来自相同电子群的同步辐射也可以解释WMAP和普朗克微波雾，磁场在5到20 $μ$ G之间。
2014-07-29 astro-ph.HE
A Latitude-Dependent Analysis of the Leptonic Hypothesis for the Fermi Bubbles
费米泡是在伽马射线和微波中都能观测到的巨大的银河系结构。最近的研究已经发现支持的假设，即伽马射线和微波辐射都可以被理解为产生于硬宇宙射线电子人口的体积内的泡沫，通过逆康普顿散射和同步辐射分别。这些过程的相对速率由星际辐射场和气泡内磁场的相对能量密度决定;因此，在共同起源的假设下，伽马射线和微波测量的组合可以用来估计气泡内的磁场。我们重新审视这一假设的一致性在一个纬度的纬度的基础上，使用费米，WMAP和普朗克的数据，估计气泡内的电子光谱的变化，并推断气泡内的磁场的界限作为距离银河系平面的函数。我们发现，虽然微波和伽马射线光谱一般是符合轻子假设的几个微高斯磁场，似乎是一个偏好的光谱硬化的微波在中纬度地区（特别是在|b| ~ 25-35度范围），这是不反映在伽马射线。这一结果可能暗示了非轻子对伽玛射线谱的贡献;然而，如果电子的截止能量在这个纬度范围内较低，并且低于截止能量的谱较硬，则在纯轻子模型中可以调和这种差异。
2016-06-18 astro-ph.HE
Unveiling the Fermi Bubbles origin with MeV photon telescopes
费米泡（Fermi Bubbles，FB）是一对大规模的椭球体结构，在银河平面的上下延伸，几乎对称地与银河中心对齐。在发现它们10多年之后，它们的性质和起源仍然不清楚。揭示初级发射机制，无论是强子还是轻子，被认为是阐明这一主题的主要工具。我们探讨了FB的MeV观测的潜在关键作用，我们提供了一个配方，以确定康普顿和康普顿对望远镜的FB的扩展发射的灵敏度。我们说明了成像康普顿望远镜COMPTEL的能力，新选择的NASA MeV任务COSI（康普顿光谱仪和成像仪），以及对未来潜在的康普顿对望远镜，如AMEGO-X（全天空中能伽马射线天文台eXplorer）的期望。
2022-03-21 astro-ph.HE
The Fermi Bubble as a Source of Cosmic Rays in the Energy Range > 10E15 eV
{ \it Fermi}大面积望远镜最近发现了两个巨大的伽马射线气泡，它们延伸到银河系中心的北部和南部，直径和高度为$H\sim 10$ kpc。我们认为，银河系超大质量黑洞Sgr A $^*$的周期性恒星捕获过程，其捕获速率为$τ_{\rm cap}^{-1}\sim 3\times 10^{-5}$ yr $^{-1}$，每次捕获释放的能量为$W\sim 3\times 10^{52}$ erg，可以导致热等离子体以$u\sim 10^8$ cm s $^{-1}$的风速注入银河系晕.热等离子体的周期性注入可以产生一系列冲击。气泡中的高能质子在与这些冲击相互作用时被重新加速。我们表明，能量大于$E> 10^{15}$ eV，加速过程可以更好地描述随机二阶费米加速。我们提出，强子宇宙射线（CR）的“膝盖”内观察到的CR光谱产生的银河系超新星遗迹分布在银河系盘。这些粒子在费米泡中的再加速产生超过膝盖的CR。在气泡$D_B\sim 3\times 10^{30}$ cm $^2$ s $^{-1}$中，利用该能量范围内的平均CR扩散系数，我们可以再现超出膝关节和膝关节内的光谱的光谱指数。气泡冲击能与CR能的转换效率约为10%。这个模型提供了一个自然的解释所观察到的CR通量，光谱指数，并匹配的光谱在膝盖。
2011-12-29 astro-ph.HE
Thermal Structure and Chemical Enrichment of the North and South Polar Spurs: Supersolar N/O and Ne/O in the X-ray Plasma
Columbus State Community College（哥伦布州立社区学院）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Center for Cosmology and Astroparticle Physics（宇宙学与高能粒子物理中心）；University of Miami（迈阿密大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology, Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理学与宇宙学研究所）；Instituto de Astronomia, Universidad Nacional Autonoma de Mexico（墨西哥国立自治大学天文学研究所）
研究通过分析存档数据和新观测结果，确定了北极极冠和南极极冠的热和化学特性，发现其具有超太阳丰度比，表明这些极冠可能是银河气泡的相反边缘，且化学性质表明恒星反馈在形成银河气泡中起重要作用。
2026-05-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
IceCube Neutrino Events from Fermi Bubbles
冰立方中微子天文台公布了37个候选事件，其沉积能量超过$\sim$ 30 TeV，三年的数据集，比大气背景的预期要多。我们讨论了费米泡（FB）的可探测性的冰立方和显示，多达6 - 7的37个事件可能起源于FB。如果观测到的来自FB的伽马射线是由于重子机制产生的，那么高能（$>$ GeV）中微子应该作为对应物发射。这些中微子应该可以在千米的$^3$中微子探测器上以簇射或径迹的形式被探测到。对于硬初级宇宙射线质子谱，$E^{-2.1}$，和截止能量在10 PeV或以上，FB通量大大超过大气背景。对于更陡的光谱、$E^{-2.3}$和/或更低的截止能量，具有高显著性的检测将需要更长的运行时间。
2014-12-19 astro-ph.HE
Multi-wavelength Emission from the Fermi Bubble III. Stochastic (Fermi) Re-Acceleration of Relativistic Electrons Emitted by SNRs
分析了银河系盘中超新星遗迹（SNRs）发射的电子随机再加速并传播到星系晕的模型，以解释费米泡（FB）非热辐射（射电和γ射线）的起源。我们假设，在晕中的再加速的能量是由恒星吸积到中心黑洞的过程所产生的冲击提供的。数值模拟表明，具有强湍流的区域（电子再加速的地方）位于星系晕的高处，大约在盘上方几千秒差距。由于同步加速器和逆康普顿能量损失，到达这些区域的SNR电子的能量不超过几个GeV。在适当的再加速参数下，这些电子可以被再加速到10E12 eV的能量，这解释了在这个模型中观察到的FB的无线电和伽马射线发射的起源。然而，尽管模型的伽玛射线谱与费米实验结果一致，但模型的射电谱比WMAP和普朗克实验观测到的要陡。如果绝热损失，由于等离子体流出银河系中心区域的考虑，然后再加速模型很好地再现了普朗克数据点。
2015-03-13 astro-ph.HE
Analytical and numerical studies of central galactic outflows powered by tidal disruption events -- a model for the Fermi bubbles?
银河系中心（GC）的超大质量黑洞对恒星的捕获和潮汐破裂应该定期发生。这个过程释放和耗散的能量将影响GC和星系晕的周围环境。单颗恒星的超爱丁顿爆发产生了一个亚音速流，其能量释放超过$10^{52}$尔格，但仍不足以将激波加热的气体推入晕中。只有在GC附近的恒星的常规潮汐破裂才能提供足够的累积能量来形成和维持像费米泡这样的大尺度结构。破坏事件的平均速率预计为$10^{-4}$ ~ $10^{-5}$/年$^{-1}$，提供从GC到晕的能量释放的平均功率为dW/dt ~ 3*10 $^{41}$ erg/s，这是支持费米泡所需的。GC黑洞被盘中的分子云包围，但它们的总质量和填充因子太低，无法显著阻止潮汐破裂事件的冲击。事实上，在百万年时间尺度上的连续能量注入将导致强冲击在密度分层的星系晕中传播，从而产生细长的气泡状特征，这些特征与银河系中平面对称。
2020-10-08 astro-ph.HE
Origin of Galactic Spurs: New Insight from Radio/X-ray All-sky Maps
在这项研究中，我们分析了在无线电和X射线全天空地图中看到的巨大的银河系毛刺，以揭示它们的起源。我们讨论了两种类型的巨型毛刺：一种是地图中心附近最亮的漫反射发射，这可能与费米气泡有关（NPSs/SPS，分别为北/南极毛刺），另一种是与我们银河系中的局部旋臂位置一致的较弱的毛刺（LAS，局部旋臂毛刺）。我们的分析发现，X射线发射，不仅从银河系，但从SPS是更接近银河系的中心约5度相比，相应的无线电发射。此外，在LAS中观察到10-20度的较大偏移;然而，它们归因于不同的物理起源。此外，LAS的X射线发射温度为kT ~ 0.2 keV，系统地低于SPS和TGS的发射温度（kT ~ 0.3 keV），但与星系晕气体的典型温度一致。我们认为，无线电/X射线偏移和略高的温度的射电/SPS X射线气体是由于冲击压缩/加热的晕气体在过去的一个显着的银河系爆炸，而增强的X射线发射的LAS可能是由于弱凝聚的晕气体在臂电位或恒星形成活动没有冲击加热。
2021-01-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Time-Dependent Stochastic Acceleration Model for the Fermi Bubbles
我们研究费米泡的随机加速模型。通过Kelvin-Helmholtz、Rayleigh-Taylor或Richtmyer-Meshkov不稳定性，在激波前沿后面激发湍流，等离子体粒子通过与湍流的相互作用而不断加速。湍流随着远离激波阵面而逐渐衰减。采用随机加速的唯象模型，我们明确地解决了湍流中粒子能量分布的时间演化。我们的结果表明，高能粒子的空间分布是不同于那些稳定的解决方案。我们还表明，从加速区域逃逸的电子的贡献显着软化的光子谱。我们的模型再现了光子谱和表面亮度分布。如果逃逸效率非常高，那么逃逸的低能电子的射电通量可以与WMAP烟雾的射电通量相媲美。我们也证明了强子模型与随机加速度，但他们是不可能的能量收支的观点。
2015-11-09 astro-ph.HE
Limits on the Emission of Gamma Rays from M31 (The Andromeda Galaxy) with HAWC
费米气泡的发现表明，像银河系这样的螺旋星系可以经历活跃期。利用伽马射线观测，我们可以研究这种结构存在于其他邻近星系中的可能性。我们利用高海拔水切伦科夫天文台记录的TeV伽马射线数据分析了仙女座星系（梅西耶星表M31）周围区域的气泡状发射迹象。我们拟合了一个模型，由两个6千秒差距的气泡对称和垂直于M31银道面，并假设一个幂律分布的伽马射线通量。我们比较了这些气泡区域的发射，从类似于在银河系中发现的费米气泡的结构预期。未观察到显著排放。我们报告上限的费米泡结构在M31的TeV通量。
2017-08-09 astro-ph.HE
The Fermi Bubbles. II. The Potential Roles of Viscosity and Cosmic Ray Diffusion in Jet Models
费米伽马射线太空望远镜最近在银河系内部探测到的费米气泡的起源是神秘的。在Guo和Mathews的配套论文（论文I）中，我们使用流体动力学模拟来表明它们可能是由最近一次强大的活动星系核喷流事件产生的。在这里，我们进一步探讨这种情况下，研究剪切粘度和宇宙射线（CR）扩散的气泡的形态和CR分布的潜在作用。我们发现，即使是相对较低的粘度水平（μ_{visc} >~ 3 g cm^{-1} s^{-1}，或约0.1% - 1%的Braginskii粘度在这种情况下）可以有效地抑制发展的Kelvin-Helmholtz不稳定性的气泡表面，导致光滑的气泡边缘观察。此外，粘度降低了气泡内的循环运动，否则会将气泡边缘附近的CR携带射流回流与气泡内部混合。因此，粘性自然地产生边缘有利的CR分布，这是产生所观察到的平坦伽马射线表面亮度分布的重要成分。一般来说，这样的CR分布经常产生边缘增亮的伽马射线强度分布。然而，我们表明，通过将CR扩散，这是强烈抑制整个气泡表面（从尖锐的气泡边缘推断），但在气泡内部接近规范值，我们得到一个合理的平坦的伽马射线强度分布。由此产生的CR泡与观察到的费米泡的相似性加强了我们以前的结果，在文件I中，费米泡是由最近的活动星系核喷流事件。研究附近的费米泡可能提供了一个独特的机会，研究等离子体粘度和CR扩散的AGN喷流和气泡的演化的潜在作用。
2012-08-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Unveiling the Origin of the Fermi Bubbles
费米气泡是银河系中心（GC）上下的两个巨大结构，是费米伽马射线太空望远镜最重要的发现之一。研究它们的物理起源为宇宙射线传输、银河系磁场和银河系GC过去的活动提供了有价值的见解。尽管它们的重要性，泡沫的形成机制仍然难以捉摸。在过去的几年里，有许多观测和理论上的努力来揭示泡沫的本质。在这篇文章中，我们提出了一个概述，我们的理解泡沫的起源的现状，并讨论可能的未来方向，这将有助于区分不同的情况下，泡沫的形成。
2018-03-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
The AGN Jet Model of the Fermi Bubbles
在银河系内部探测到的费米气泡的性质和起源仍然难以捉摸。在本文中，我们简要地讨论了最近的一些理论和观测的发展，重点是活动星系核喷流模型。类似于在大质量星系中观察到的射电瓣，费米泡可能是由一对几乎沿着银河系旋转轴从银河系中心发出的相对喷流自然产生的。我们的双流体动力学模拟再现相当不错的气泡的位置和形状，和界面的不稳定性在气泡表面可以有效地抑制剪切粘度。我们简要地评论了与我们的模型相关的一些潜在问题，这些问题可能会导致未来的进展。
2016-09-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of polarized Fermi-bubble synchrotron and dust emission
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究通过分离费米气泡极化微波信号与扩展极化领域，发现同步辐射极化方向与气泡边缘平行，尘埃极化方向限制了极端环境下的尘埃对齐。
2025-01-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
Prospects on detection of the Fermi Bubbles with CTAO
University of Nova Gorica（新戈里察大学）
本文利用CTAO的alpha配置评估探测费米气泡的灵敏度，并研究低纬度地区探测策略，以提高对FBs起源的理解。
2025-12-17 astro-ph.HE
Evidence for a hadronic origin of the Fermi Bubbles and the Galactic Excess
费米-LAT数据显示，银河平面上方和下方的巨大气泡发射，其能谱比从其他方向看到的要硬得多。气泡如何连接到银河平面尚不清楚。我们发现，气泡状的发射不仅发现在晕，但它是强烈存在于银河系平面，以及与形态接近的空间分布的1.8 MeV的伽马射线线从26铝，放射性核合成的SNR。此外，这种硬组分的光谱形状与捕获在源中的宇宙射线的预测光谱一致。因此，我们提出，在平面中的气泡状发射有一个强子的起源，它来自SCR。晕中的气泡具有相同的能谱，这表明它们是从平面流出的，其中伽马射线是由平流气体等离子体中捕获的质子的强子相互作用产生的。在银河系中心（GC），我们观察到1-3 GeV的过剩，但在所有有强烈26 Al生产的区域也观察到这种过剩。这排除了暗物质湮灭的解释。相反，我们建议，过剩是由赤字的CR在低刚性的密集的分子云，其特征在于更高的能量损失和更强的恒星风的地区。26 Al线是这些区域的示踪剂。如果我们在强26 Al产生区域的宇宙射线注入谱中引入一个中断，以有效地考虑到低刚度CR的不足，那么银河平面和GC中的过剩都消失了。因此，我们得出结论，银河系中心的过剩在很大程度上是银河系平面过剩的人为产物。两者之间的相关性仅仅源于GC穿过银河平面的视线。
2015-09-17 astro-ph.HE
A Novel Approach towards the Search for Gamma-ray Emission from the Northern Fermi Bubble with HAWC
费米泡是在GeV能量的伽马射线中观察到的结构，从我们银河系的中心区域发出，在银道面上方和下方延伸到8.5 kpc。虽然最初的研究显示整个结构的亮度是平坦的，但最近的研究发现底部变亮了。我们执行一个基于模板的搜索TeV信号从北部费米泡，只是从它的基础上的数据从高海拔水切伦科夫（HAWC）的伽马射线天文台。我们采用了一个配置文件的可能性方法来计算的重要性和通量的搜索区域。没有显着的信号从北部费米泡和它的基地，我们报告新的上限积分通量在95%的置信水平。我们的积分通量上限为北费米泡更约束比以前的限制报告HAWC。此外，我们提出，第一次，TeV的限制有关的泡沫的基础构成了一个更公平的比较费米大面积望远镜的数据点接近这个特定的区域。
2021-07-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Fermi/eROSITA Bubbles: A look into the nuclear outflow from the Milky Way
本文综述了费米/eROSITA气泡的多波长观测，探讨了银河系核外流的特征，指出其起源和本质仍待研究。
2024-03-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Search for Neutrino Emission from the Fermi Bubbles with the ANTARES Telescope
对费米-LAT数据的分析揭示了银河系中心上方和下方的两个扩展结构，它们发射出具有硬光谱的伽马射线，即所谓的费米气泡。试图解释费米泡起源的强子模型预测了具有类似通量的高能中微子和伽马射线的发射。位于地中海的中微子望远镜ANTARES探测器对费米泡区域具有良好的可见性。使用从2008年到2011年收集的数据，没有观察到统计上显着的过量事件，因此在TeV范围内的中微子通量的上限从费米泡推导出各种假设的能量截止源。
2013-12-03 astro-ph.HE
The Fermi bubbles from stochastic acceleration of electrons in a Galactic outflow
费米泡的发现--在银河系中心上方和下方的GeV伽马射线中看到的一个巨大的双叶结构--意味着在盘的$\sim 10 \, \text{kpc}$处存在一个巨大的高能粒子库。没有证据表明与气泡边缘重合的强烈冲击，以及多波长观测的限制指向湍流随机加速作为可能的加速机制。我们研究了银河系中心大规模外流中电子随时间的加速。首次给出了粒子动力学方程的详细数值解，包括加速、输运和相关的能量损失过程。我们还考虑到在气泡的冲击波的电子的冲击加速度的增加。拟合观测到的光谱和表面亮度分布的气泡允许确定的输运系数，从而脱落的费米气泡的起源光。
2018-08-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Double-Episode Jet Genesis of the eROSITA and Fermi Bubbles
Henan Normal University（河南师范大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tianfu Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）；Guizhou University（贵州大学）；Handan University（邯郸学院）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
通过模拟发现，银河系中心两次间歇性AGN喷流产生eROSITA和费米气泡，解释其多波段特性。
2026-03-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi and eRosita bubbles as relics of the past activity of the Galactic black hole
新发射的X射线卫星eRosita最近发现了两个巨大的气泡，它们在银河系中心的上下约80度处延伸。这些“eRosita气泡”的形态与费米伽马射线太空望远镜先前发现的费米气泡及其对应物微波烟雾有着惊人的相似之处。这些引人注目的结构的物理起源一直存在激烈的争论;然而，由于它们关于银河系中心的对称性，它们可能起源于过去银河系中心的一些能量爆发。在这里，我们提出了一个理论模型，其中eRosita气泡，费米气泡，和微波烟雾可以同时解释一个单一的事件，从中央超大质量黑洞的喷流活动几百万年前。使用数值模拟，我们表明，该模型可以成功地再现所观察到的气泡和烟雾的形态和多波长光谱，这使我们能够推导出对爆发的能量和时间尺度的关键约束。这项研究是我们理解银河系过去银河系中心活动的重要一步，并可能在星系形成的背景下为更广泛的超大质量黑洞-星系共同演化带来有价值的见解。
2022-03-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi bubbles as a source of cosmic rays above 10^{15} eV
费米泡是最近由费米大天区望远镜发现的一种在银河系中心南北延伸的巨大的伽马射线结构，其特征尺寸为10 kpc量级。在费米泡覆盖的区域中，无线电和伽马射线发射之间的良好相关性意味着该区域存在高能电子。由于这种能量的相对论性电子从银河系源一路向费米泡行进相对困难，因此可以假设它们在原地加速。相应的加速机制也会影响银河系中相对论质子的分布。由于质子的寿命要长得多，这种效应甚至可以在地球附近观察到。在我们的模型中，我们认为费米泡是由电子在一系列冲击波上的加速产生的，这些冲击波是由于超大质量黑洞Sgr A* 周期性吸积恒星而产生的。我们建议，强子CR的“膝盖”内观察到的CR光谱产生的银河系超新星遗迹分布在银河系盘。这些粒子在费米泡中的再加速产生了超过膝盖的CR。这个模型提供了一个自然的解释所观察到的CR通量，光谱指数，并匹配的光谱在膝盖。
2014-12-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraints on very high energy gamma-ray emission from the Fermi Bubbles with future ground-based experiments
\textit{Fermi} -大面积望远镜（LAT）从银河系中心的\textit{Fermi}气泡（FB）中探测到的亚TeV伽马射线的起源仍然不确定。在强子模型中，质子和/或原子核的加速以及它们随后与气泡体积中的气体的相互作用可以产生所观察到的伽马射线。最近，高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台报告说，在$b\gtrsim 6^\circ$银河系纬度的北部FB没有伽马射线过剩，这导致了能量范围为$1.2-126$ TeV的通量上限。这些上限与\textit{Fermi}在$|b|\ge 10^\circ$测得的伽马射线谱一致，其中在能量$\gtrsim 100$ GeV处的指数截止是明显的。然而，FB伽马射线谱在$|b|\le 10^\circ$，没有显示出任何迹象的截止到约1 TeV的最新结果，仍然不受约束。即将到来的切伦科夫望远镜阵列（CTA）将在20 GeV和300 TeV之间的能量范围内进行前所未有的灵敏度的银河系中心调查。在这项工作中，我们进行形态和经典的开/关分析与计划CTA深中心和扩展的调查和估计的灵敏度CTA的FB强子伽马射线通量模型，最适合的频谱在$|b|\le 10^\circ$和其对应的中微子通量模型最适合的乐观的中微子光谱从冰立方中微子天文台。我们还进行了灵敏度分析与未来的地基切伦科夫探测器的大型高海拔空气簇射天文台（LHAASO）。我们发现CTA将能够发现…
2019-03-29 astro-ph.HE
