Ultrahigh energy cosmic rays from nearby starburst galaxies
超高能宇宙射线是自然界中观测到的亚原子粒子中能量最高的。寻找它们神秘的起源是目前科学界面临的一个重大挑战。在这里，我们探索这些粒子来自附近的星暴星系的可能性，这一情景与最近望远镜阵列实验观察到的宇宙射线热点相匹配，该热点位于距离星暴星系M82方向不远的57~EeV以上。具体而言，我们研究的随机传播的高能宇宙射线在空间中通过国家的最先进的模拟框架CRPropa~3，考虑到所有相关的粒子相互作用以及偏转的干预磁场。为了确保对这个模型的全面理解，我们考虑了能谱，宇宙成因中微子和伽马射线，以及到达方向的分布。星暴星系的情景很好地再现了望远镜阵列和皮埃尔俄歇天文台的观测结果，使其对于解释最高能量的宇宙射线的起源非常有吸引力。
2018-05-08 astro-ph.HE
Cosmic Rays, Gamma-Rays, and Neutrinos in the Starburst Nuclei of Arp 220
Arp 220是最近的超亮红外星暴星系，其核心为研究极端条件下宇宙射线的相互作用提供了机会。在本文中，我们模拟的宇宙射线的人口产生的超新星在中央分子区的两个星暴核。我们发现，约65 - 100%的宇宙射线被吸收在这些地区，由于其巨大的分子气体含量，因此，Arp 220的核几乎完成质子量能器。当宇宙射线质子与星际介质碰撞时，它们会产生次级电子，这些电子也包含在系统中，并辐射出同步辐射。利用模型和观测到的射电谱能量分布之间的卡方检验结果，我们预测了出射γ射线和高能中微子谱，并发现磁场在毫高斯水平。由于极强的远红外辐射场，伽马射线谱在TeV能量处由于伽马-伽马吸收而显著变陡。
2015-07-27 astro-ph.HE
Gamma-rays from pulsar wind nebulae in starburst galaxies
最近，已经从星爆星系NGC253探测到TeV能量的伽马射线发射（Acero等人，2009）和M82（Acciari等人，2009.有人声称，观测到的伽马射线是由超新星遗迹中加速的宇宙射线与星际气体相互作用产生的。在这里，我们表明，伽玛射线脉冲星风星云留下的超新星有助于TeV的光度在一个主要的方式。一个脉冲星风星云在10^5年的寿命中，在能量超过1 TeV时，产生的总光度约为太阳的10倍。在一个典型的星暴星系中，在4百万秒差距的距离上，大量的3 × 10^4脉冲星风星云很容易产生观测到的TeV伽马射线。
2012-03-13 astro-ph.HE
Gamma Rays from Large-Scale Outflows in Starburst Galaxies
超新星爆炸和恒星风的综合效应在星暴星系的中心区域产生了一个热泡。当气泡膨胀时，它可以爆发成星系晕，驱动一股超级风，将热气体和场输送到星系际空间。我们目前的宇宙射线产生和伽马射线发射的估计，在这两个大规模的风和弓冲击周围的嵌入云。
2019-12-17 astro-ph.HE
Cosmic rays, neutrinos and GeV-TeV gamma rays from Starburst Galaxy NGC 4945
高能天体物理中微子和超高能宇宙射线（UHECR）的探测为探索宇宙射线源提供了新的途径。冰立方探测到的最高能量中微子事件之一，被标记为IC35，接近皮埃尔俄歇天文台探测到的UHECR各向异性区域。附近的星暴星系（SBG）NGC 4945接近这个各向异性区域，并且在IC 35事件的平均角误差范围内。考虑到位于NGC 4945星暴星系SB区的超新星贡献，它可以将质子加速到$\sim 10^{17} \, {\rm eV}$并将它们注入星际介质，我们研究了该星暴星系周围这一事件的起源。我们表明，如果SB区域的磁场强度为$\sim \rm mG$量级，则这些质子与SB区域气体密度的相互作用可以解释费米LAT伽马射线和射电观测。如果考虑质子光谱指数为2.4（2.7），我们估计十年内该源的PeV中微子事件约为0.01（$4\times10^{-4}$），这将表明IC 35不在该SBG的中心区域产生。此外，我们考虑了NGC 4945的超风区域，并表明质子在其中几乎不能被加速到UHEs。
2021-09-14 astro-ph.HE
Gamma-rays from Pulsar Wind Nebulae in Starburst galaxies (HEAD 2010)
最近，附近的两个突出的星暴星系，M82和NGC253，已经被TeV能量的伽马射线望远镜探测到为点状源[1] [2]。有人声称，这些探测表明，星暴星系中的宇宙射线强度比银河系高出三个数量级，假设观测到的伽马射线是由于宇宙射线与周围气体相互作用产生的π介子。观测到的光谱比银河系中的宇宙射线光谱要平坦，这可能是由于星暴星系中的气体密度要高得多[3]。这种解释似乎与宇宙射线起源的金兹伯格模型一致，根据金兹伯格模型，宇宙射线在超新星遗迹的壳层中被加速。作为一个直接的推论，宇宙射线驱动的伽马射线光度应该与气体密度和超新星速率成比例。在较低的能量下，费米LAT仪器的伽马射线测量可以为这种缩放提供支持[4]。然而，对于在非常高的能量下观测结果的解释存在着令人不安的疑问。在观测星系的距离上，对于0.1度量级的角分辨率，点状源不能与漫射发射区分开来。因此，关于未分辨的点状源对伽马射线光度的贡献的问题出现了。
2010-10-12 astro-ph.HE
Echoes of the past: ultra-high energy cosmic rays accelerated by radio galaxies, scattered by starburst galaxies
我们探讨了望远镜阵列（TA）从M82和M81星系群附近方向探测到的高能宇宙射线（UHECR）热点可能是半人马座A在更早更强阶段发射的UHECR回波的可能性。来自其他星暴星系或星系群的回波可能对地球的UHECR通量有贡献。我们使用一个说明性的Monte Carlo模型的单能量UHECR运输小角散射生成合成的天空地图。该模型通知整体能量学和时间和距离尺度的讨论。如果半人马座A在2000万年前的UHECR光度是现在的200倍，如果M82和其他星暴星系的环星系介质中的有序磁场超过10- 20 nG到400- 800 kpc的距离，我们找到了一个可行的UHECR热点的回波模型。
2022-01-06 astro-ph.HE
γ-rays from starburst galaxies
本文综述了星暴星系γ射线观测的现状，包括星载观测和地基成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）观测，观测能量从几百MeV到TeV。讨论了典型星暴星系M82和NGC 253的高能（HE; 100 MeV < E < 100 GeV）和甚高能（VHE; E > 100 GeV）辐射的性质，并将其与其他显示出增强的恒星形成活动的星系如NGC 4945和NGC 1068的HE γ射线辐射联系起来。最后，展望了利用切连科夫望远镜阵列（CTA）研究从银河系到整个星系的恒星形成- γ射线发射关系的前景。
2012-10-25 astro-ph.HE
Starburst Nuclei as Light Dark Matter Laboratories
本文指出星暴星系中宇宙射线与亚GeV暗物质散射会扭曲能谱，利用现有伽马射线数据限制质子-暗物质散射截面，并预测未来CTA观测可将限制提升两个数量级。
2023-09-15 astro-ph.HE hep-ph
Starburst galaxies strike back: a multi-messenger analysis with Fermi-LAT and IceCube data
星暴星系被称为高能宇宙射线的“储存库”，可以代表一个重要的高能中微子“工厂”，对冰立方观测到的扩散中微子通量有贡献。在本文中，我们重新审视影响中微子和伽马射线强子核发射这类天体的约束。特别是，我们超越了标准的原型为基础的方法，导致一个简单的幂律中微子通量，并调查一个更现实的模型的基础上，数据驱动的光谱指数的混合，从而捕捉到的变化，个别发射器的属性。然后，我们进行了多信使分析，考虑到由费米LAT测量的河外伽马射线背景（EGB）和不同的IceCube数据样本：7.5年的高能启动事件（HESE）和6年的高能级联数据。除了星暴星系，我们还考虑了耀变体和射电星系以及电磁级联产生的次级伽马射线的贡献。值得注意的是，我们发现，不同的高度约束的原型方案，光谱指数混合允许星暴星系占高达$40\%$的HESE事件在$95.4\%$ CL，同时满足限制的非耀变体EGB组件。此外，在我们的方案中，由星暴内部超新星遗迹加速的宇宙射线的最大能量的$\mathcal{O}(100~\mathrm{PeV})$值是不利的。从广义上讲，我们的分析指出，更好地模拟天体物理源可以缓解中微子和伽马射线数据解释之间的紧张关系。
2021-03-31 astro-ph.HE hep-ph
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
Evidence for UHECR origin in starburst galaxies
对超高能宇宙射线（UHECR）起源的探索仍然是高能天体物理学的一个意义深远的支柱。源检查主要基于三个可观测量：能谱、核成分和到达方向的分布。我们表明，这三个观测值可以很好地再现与起源于星爆星系的UHECR。
2019-08-19 astro-ph.HE hep-ph
Particle acceleration and multimessenger emission from starburst-driven galactic winds
增强的恒星形成活动，典型的星暴星系，强大的星系风，以千秒差距（kpc）的尺度扩张，并以气泡结构为特征。在这里，我们讨论的可能性，粒子加速可能发生在终端冲击的风。我们计算加速粒子的光谱和它们的最大能量，对于参数的典型值，其范围高达几百拍电子伏（PeV）。在终止激波处加速的宇宙射线被平流输送到被风挖出的气泡边缘，最终逃逸到河外空间。我们还计算了气泡中强子相互作用产生的γ射线和中微子的通量以及宇宙尺度上星暴星系贡献叠加产生的漫射通量。最后，我们计算了星暴气泡的宇宙射线散射通量，并与已有的数据进行了比较。
2022-02-13 astro-ph.HE
Cosmic rays escaping from Galactic starburst-driven superbubbles
我们计算了逃逸的宇宙射线（CR）的光谱加速冲击产生的多个超新星产生连续的能量外流在恒星形成的星系提供动力的膨胀银河超级气泡。我们解决了广义Kompaneets方程适用于各种外部密度分布，包括指数和幂律形状的膨胀，并考虑到逃逸的CR由其最大能量周围的那些占主导地位。我们发现，逃逸的CR谱在很大程度上取决于特定的密度分布和电源的属性，和结果进行了比较，并由所观察到的CR谱的约束。作为一个通用的演示，我们应用该计划的一个超级气泡发生在银河系的中心，并发现在特定的参数设置下，在我们的模型中产生的CR可以解释所观察到的CR流量和光谱周围的第二个膝盖在$10^{17}$ eV。
2020-01-03 astro-ph.HE
Cosmic ray transport and radiative processes in nuclei of starburst galaxies
星暴星系的高恒星形成率和超新星爆炸使它们成为有趣的高能辐射源。根据它们的星际介质中存在的湍流水平，星暴星系内部产生的大部分宇宙射线在逃逸之前可能会失去大部分能量，从而使这些源表现得像量热计，至少达到某个最大能量。与以前的研究相反，在这里，我们详细调查的条件下，宇宙射线约束可能是有效的电子和原子核，我们研究的宇宙射线约束的影响，从星暴核的多频发射和生产的高能中微子。一般的预测，然后专门为三个情况下，即M82，NGC 253和Arp 220的活动的恒星爆发。考虑了星暴星系内部的初级电子和次级电子，以及由伽马射线吸收产生的电子-正电子对。强子相互作用的次级产物产生的电子和正电子被认为是负责大部分的轻子源的发射。特别是，非常高的能量次级电子的同步辐射产生的硬X射线的扩展发射，代表了一个非常有趣的签名强子过程中的星暴星系，可能访问当前和未来的观测在X射线波段。仔细了解的生产和吸收的伽马射线在星爆星系的作用，这些天体物理源的高能量天体物理中微子的来源的评估是有用的。
2019-04-26 astro-ph.HE
Cosmic Rays VI - Starburst galaxies at multiwavelengths
我们提出了一个解释的远红外/无线电相关的星系的星际介质的能量平衡，并确定从星暴星系的高能光子和中微子的流量。我们提出了一个目录的127个最明亮的星暴星系的红移z<0.03。为了研究无线电和远红外辐射之间的相关性，我们采用漏盒近似。此外，我们从超新星遗迹（SNRs）中的质子-质子相互作用得到光子和中微子光谱。在这里，我们假设SNR的能量的一小部分被转移到宇宙射线的加速。我们还调查了从附近的星暴星系检测伽马射线暴的可能性，使用这里定义的目录。我们表明，无线电发射是只有微弱的依赖于磁场。事实证明，无线电信号的强度与超新星爆炸的数量成正比，而超新星爆炸的数量与远红外线的光度成正比。此外，我们发现，在恒星爆发的信噪比质子-质子相互作用的高能光子可以弥补百分之几的弥漫伽马射线背景。来自相同来源的中微子通量的最大能量为~ 1 e5 GeV。另一方面，如果伽马射线暴发生在附近的恒星暴中，中微子就可以被观测到。预计整个目录中每年约有0.03个伽玛暴发生。真实的数字预计会更高，因为我们只包括最亮的光源。IceCube中每个突发的事件数量在大约一个事件和超过1000个事件之间变化。这为冰立方探测重大事件提供了良好的前景，因为伽玛射线暴搜索的背景接近于零。
2009-01-13 astro-ph.HE
Understanding the spectral hardenings and radial distribution of Galactic cosmic rays and Fermi diffuse gamma-rays with spatially-dependent propagation
最近的直接测量银河宇宙射线光谱的气球/星载探测器显示光谱硬化的所有主要核素在几百个GV的刚性。费米大面积望远镜测量的全天弥漫伽马射线发射也显示了宇宙射线强度和光谱指数的空间变化。这些新的观测挑战了传统的简单加速和/或银河系宇宙射线的传播方案。在这项工作中，我们提出了一个空间依赖的扩散方案来解释所有这些现象。假设扩散系数与源分布反相关，这是带电粒子在湍流磁场中输运的自然预期。空间相关扩散模型也给出了较低水平的宇宙射线的各向异性，这与地下μ子和空气簇射实验的观测结果一致。该模型能较好地再现整个银河系中宇宙射线的光谱变化。
2018-02-26 astro-ph.HE hep-ph
Do we observe fluctuation of cross section in cosmic rays ?
为了解释在宇宙线实验中观测到的一些明显的{ \it奇异事件}，需要在宇宙射线中引入一个深穿透的成分，而这又常常导致某些观测量的非指数分布。我们认为，这种意想不到的行为，一些宇宙射线数据可以最自然地解释归因于可能的波动的截面。
2011-08-22 astro-ph.HE hep-ph
Common origin of the diffuse high energy backgrounds of gamma rays, neutrinos and cosmic ray positrons?
我们发现观测到的天文中微子、γ射线和宇宙射线正电子的高能扩散背景的通量、光谱和天空分布满足简单的关系，这是从它们在高能宇宙射线（CR）与扩散物质的强子碰撞中的共同产生所预期的。这提供了令人信服的证据，高能中微子，伽马射线和正电子背景有一个共同的起源-强子介子生产的宇宙射线在我们的银河系和外部星系，而不是通过衰变/湮灭的暗物质粒子。
2016-02-12 astro-ph.HE hep-ph
Starburst and post-starburst high-redshift protogalaxies: The feedback impact of high energy cosmic rays
在许多星暴和星暴后的星系中发现了恒星形成的淬灭现象，这表明在原始宇宙中存在类似于爆发的恒星形成历史（SFH）。我们已经研究了高能宇宙射线（CR）在这种环境中的作用，特别是它们如何通过淬火和反馈来促成这种爆发式SFH。这些高能粒子通过强子过程与宿主的重子和辐射场相互作用产生次级轻子。次级粒子然后也与环境辐射场相互作用以通过逆康普顿散射产生X射线。此外，它们可以通过库仑过程直接与半电离介质热化。在一个恒星形成星系中，每十年发生一次核心坍缩SN事件，通过库仑过程可以获得$\sim 10^{-25} \; \text{erg}~\text{cm}^{-3}~\text{s}^{-1}$的加热速率，这足以导致恒星形成的淬灭。在高红移时，大量的CR次级电子能量可以转移到逆康普顿X射线发射中。这产生了一个X射线光度高于$10^{41}~\text{erg}~\text{s}^{-1}$的红移$z=7$，这驱动了进一步的加热效应，在更大的尺度上运行。这将能够阻止流入的冷气丝，扼杀随后的恒星形成。我们在$7\lesssim z \lesssim 9$选择了16个星暴和星暴后星系的样本，并确定它们可能维持的恒星形成率。我们应用CR注入，传播和加热的模型来计算这16个源的能量沉积率。我们的计算表明，CR反馈不能被忽略，因为它具有抑制这些系统中的恒星形成的力量。我们还表明，他们目前观察到的静止是一致的窒息…
2019-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Rays: A Short Review
我们将回顾超高能宇宙射线的主要物理方面。我们将特别讨论它们通过天体物理背景的传播，重点是HiRes，望远镜阵列和俄歇的最新实验观测。我们还将审查银河系和河外宇宙射线之间的过渡问题。
2013-01-24 astro-ph.HE hep-ph
A multifrequency view of starburst galaxies
在过去的几年中，费米伽马射线太空望远镜（GeV范围）和成像空气切伦科夫望远镜（TeV范围）可以首次观测到能量>GeV的星暴星系。最近的两个星暴，M82和NGC 253被发现，最近，两个星暴-塞弗特复合物（NGC 1068和NGC 4945）的检测报告。这两次恒星爆发的辐射最好用强子相互作用来解释，从而为研究星系中宇宙射线的作用提供了第一个独特的机会。本文通过讨论从射电辐射到TeV能量的整个非热频率范围，评述了宇宙射线在星系非热成分中的作用。特别是，无线电发射所产生的电子同步辐射的解释被预测为相关的TeV发射来自加速强子的相互作用。这是观察到的少数对象已知的TeV能量，但相关性需要建立显着更高的统计。展望了用分子离子示踪宇宙射线的可能性。
2011-07-21 astro-ph.HE
Deciphering the Archeological Record: Further Evidence for Ultra-High-Energy Cosmic Ray Acceleration in Starburst-Driven Superwinds
本文通过分析宿主星系 NGC 891 的红外辐射，破解超级风演化的“逆”问题，为星暴驱动超级风加速超高能宇宙射线提供了确凿证据。
2023-04-04 astro-ph.HE
Theoretical Explanation of the Cosmic Ray Perpendicular Diffusion Coefficient in the Nearby Starburst Galaxy NGC 253
扩散系数通常用来描述宇宙射线在宇宙中的传播。虽然这样的传输参数可以从太阳系的实验中获得，但很难确定银河系或外部星系的扩散系数。最近，有人提出了一个在邻近的星暴halbeneux NGC 253中垂直扩散系数的值。在本文中，我们重现这个值理论上通过使用先进的分析理论垂直扩散。
2012-12-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
The diffuse gamma-ray flux associated with sub-PeV/PeV neutrinos from starburst galaxies
冰立方最近报道的一个关于亚PeV/PeV中微子过剩的有吸引力的假设是，它们是由星暴星系中的宇宙射线与致密的星际介质碰撞产生的。这些质子-质子（$pp$）碰撞也产生高能伽马射线，其最终贡献于扩散的高能伽马射线背景。我们用半解析方法计算了弥散γ射线通量，认为极高能量的γ射线在星暴区的强磁场中被星系吸收并转化为电子位置对，然后通过同步辐射几乎损失了所有的能量。由于同步辐射的能量低于GeV，这种同步辐射的损失使扩散的高能伽马射线通量减少了大约两倍，从而为其他来源提供了更多的空间来贡献伽马射线背景。对于一个$E_ν^{-2}$中微子谱，我们发现，在100 GeV的范围内，漫射伽马射线通量约占所观察到的漫射伽马射线背景的20%。然而，对于一个陡峭的中微子光谱，这种同步辐射损失效应是不太重要的，因为吸收的伽马射线的能量分数变得更低。
2014-08-05 astro-ph.HE
Testing hadronic and photo-hadronic interactions as responsible for UHECR and neutrino fluxes from Starburst Galaxies
本文首次在 SimProp 中实现源环境强子过程，检验星暴星系作为超高能宇宙线与高能中微子来源的假设，发现高气体密度下散裂反应对中微子产出的贡献可超过光强子相互作用。
2022-09-18 astro-ph.HE
Sturm und Drang: Supernova-Driven Turbulence, Magnetic Fields, and Cosmic Rays in the Chaotic Starburst Interstellar Medium
致密星暴区频繁的超新星爆发是这些区域星际介质（ISM）的主要形成者。在大多数的恒星爆发中，超新星遗迹爆炸打开了一个充满区域的热相，并发射了超级风。密度更大的恒星爆发压力过大，无法形成热风，但超新星仍然搅动着ISM。我认为，超新星的权力无处不在的动荡，通过每一个星暴ISM阶段，包括热风，和波动发电机放大磁场，直到他们在均分与动荡。超新星可以驱动湍流，在热风中的速度约为1000 km/s，在冷分子气体中的速度约为20 km/s，这取决于外部尺度。我预测银河系中心星暴的磁场强度为70 μ G，M82和NGC 253为300 μ G，Arp 220的原子核为2 mG。平均磁场强度在分子气体中比在热风中强几倍，但在星暴中并不随密度而强烈变化。我解释了超新星驱动的湍流的主导地位，导致近星爆ISM组件之间的均分。我也认为宇宙射线（CR）扩散的恒星爆发的影响。大量的能量级联到小尺度上可以非常有效地限制CR在星爆中，以至于CR的传输主要是由气体流动而不是通过气体扩散。此外，我还讨论了湍流对X射线线宽，远红外无线电相关性，观测到的无线电偏振，法拉第旋转措施的影响。最后，我讨论了许多问题提出的物理学湍流在星爆。
2013-08-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic-ray induced ionization rates and non-thermal emissions from nuclei of starburst galaxies
本研究通过分析星暴星系核的非热辐射，预测其宇宙线诱导电离率约为$10^{-14}$ s$^{-1}$，比银河系高2-3个数量级，并展示了非热辐射数据在揭示星暴环境中宇宙线影响方面的价值。
2024-02-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Solving the multi-messenger puzzle of the AGN-starburst composite galaxy NGC 1068
多波长观测表明，一些星暴星系显示出来自其中心区域的主要非热贡献。这些活动星系核（AGN）-星暴复合物特别令人感兴趣，因为这两种现象本身就是高能宇宙射线和相关伽马射线和中微子发射的潜在来源。在这项工作中，一个均匀的，稳态的两区多信使模型的非热辐射的活动星系核日冕以及环核星爆区域的开发和随后应用的情况下，NGC 1068，最近显示出一些第一次的迹象，高能量中微子发射。在这里，我们表明，整个频谱的多信使数据-从无线电到伽马射线，包括中微子约束-可以很好地描述，如果两者，星爆和活动星系核日冕，都考虑在内。仅使用单个发射区域是不够的。
2022-11-03 astro-ph.HE
Gamma-Ray Dominated Regions: Extending the Reach of Cosmic Ray Ionization in Starburst Environments
宇宙射线作为星暴星系中的电离源是很有吸引力的，因为它们可以穿透巨大的柱状物，但是在星暴的致密区域，它们可能会被π介子的产生和电离能的损失所阻止。我认为，伽玛射线是在最深的密集的恒星爆发的分子云电离的来源，创造伽玛射线主导区（GRDRs）。伽马射线不会被磁场偏转，其亮度约为注入的宇宙射线的1/3，并且在被伽马-Z对的产生衰减之前，可以很容易地穿透约100 g/cm ^2的柱深度。GRDR的电离率<~10^-16 s^-1，比宇宙射线主导的区域小得多，但在最极端的星爆中，它们的电离率仍可能达到与银河系分子云相当的数值。GRDR中的气体温度也可能很低，如果没有来自尘埃或湍流的额外加热，则<~10 K，而在高密度下，动力学温度将接近尘埃温度。在密集的恒星爆发中，GRDRs内部的双极扩散时间与自由落体时间的比率预计与银河系核心的相似，这表明恒星形成可以在其中正常进行。GRDR的高柱甚至对毫米波长也是不透明的，这使得对它们的直接研究变得复杂，但我认为它们可以在ALMA附近的恒星爆发中表现为分子线阴影。由于GRDR是冷的，它们的金斯质量并不大，因此GRDR中的恒星形成可能有一个正常的甚至底部重的初始质量函数。
2012-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Active Galactic Nuclei, Neutrinos, and Interacting Cosmic Rays in NGC 253 & NGC 1068
星系M82、NGC 253、NGC 1068和NGC 4945已经被费米探测到伽马射线。在此之前，我们开发并测试了星暴星系M82中宇宙射线相互作用的模型。现在，我们的目标是探索星暴和活动星系核（AGN）环境之间的差异，通过应用我们的自洽模型的星暴星系NGC 253和塞弗特星系NGC 1068。假设超新星遗迹对宇宙射线的加速效率为常数，并考虑Milky-Way参数，计算了宇宙射线质子、初级电子和次级电子/正电子的布居，预测了射电和γ射线谱，并与已发表的测量结果进行了比较。我们发现，我们的模型很容易拟合观测到的伽马射线谱的NGC 253，同时限制宇宙线源的光谱指数和加速效率。然而，我们遇到了困难的建模观测到的无线电数据和约束的银河风的速度和磁场强度，除非气体质量小于目前的首选值。此外，我们的星暴模型一直低估了观测到的伽马射线通量，高估了NGC 1068的射电通量;如果活动星系核是伽马射线的主要来源，这些问题将得到解决。我们讨论了这些结果的影响，并为这两个星系的中微子通量的预测。
2013-11-21 astro-ph.HE
Recent results and perspectives on cosmic rays ground experiments
我在本文中总结的结果和前景的代表性地面实验观测甚高能量宇宙射线。
2010-07-29 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
Equipartition and Cosmic Ray Energy Densities in Central Molecular Zones of Starbursts
星系中磁场和宇宙射线的能量密度通常被假定为均分，从而可以从观测到的射电同步辐射谱中间接估计出磁场强度。然而，初级和次级CR都对同步辐射谱有贡献，CR电子也通过韧致辐射和逆康普顿释放能量。虽然经典的均分公式避免了这些复杂性，但最近有一些修正，解释了恒星爆发的极端条件。然而，将均分公式应用于星爆环境还预先假设时间尺度足够长以达到平衡。在这里，我们测试均分在附近的星爆星系的中央分子区（CMZ）通过模拟观测到的伽马射线光谱，这提供了一个直接的测量CR的能量密度，和无线电光谱，这提供了一个探针的磁场强度。我们发现，在恒星爆发，磁场能量密度是显着大于CR能量密度，表明均分的论点是经常无效的CMZ。
2015-12-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Spectral Decline of PeV Neutrinos from Starburst Galaxies
星暴星系代表了冰立方最近发现的宇宙高能中微子流最合理的起源之一。在$\sim$ PeV的能量下，来自星暴星系的中微子流预计会由于宇宙射线逃逸星系而表现出特征性的光谱突变。我们研究的“涂抹”这个光谱突破人口的星爆星系具有不同的属性。我们把银河分销公司并入w.r.t.恒星形成率和红移。我们的研究结果（i）显示特征光谱软化冰立方的能带;（ii）解决矛盾的观测软中微子光谱和扩散伽马射线通量观测费米-LAT;（iii）约束的性质的磁场在星暴星系。
2015-09-20 astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Rays from the Local Void
Vanderbilt University（范德堡大学）
研究通过本地虚空方向的超高能宇宙射线推测其可能为轻量磁单极子，并提出通过全天空观测确定其在10^20 eV以上的比例。
2026-04-22 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Cosmic Rays and Magnetic Fields in the Core and Halo of the Starburst M82: Implications for Galactic Wind Physics
宇宙射线（CR）和磁场在驱动快速恒星形成星系的大规模星系外流方面可能具有重要的动力学意义。我们使用CR传播程序GALPROP构造了局域星暴和超风星系M82的二维轴对称模型。使用规定的气体密度和磁场分布，风廓线，CR注入率，和恒星辐射场，我们同时适合集成的伽马射线发射和空间分辨的多频无线电发射沿M82的短轴延伸。我们探讨由此产生的气体密度，磁场强度，CR能量密度，和假设的CR平流剖面上的约束。与早期的单区研究一致，我们一般发现低中心CR压力，强次级电子/正电子生产，以及相对论性韧致辐射损失在形成同步辐射光谱中的重要作用。我们发现，相对较低的中央CR密度产生的CR压力梯度是弱的重力相比，强烈限制的作用，CRs在驱动M82的快速和质量加载的星系外流。我们的模型需要强磁场和平流速度的顺序~1000公里/秒的千秒差距尺度沿短轴，以再现扩展的无线电发射。退化之间的控制物理参数的模型和警告，这些研究结果进行了讨论。
2019-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Building up the spectrum of cosmic-rays in star-forming regions
计算星暴星系或区域中宇宙射线分布的常用方法相当于假设在该环境中的任何一点，都有一个加速器以降低的速率输入宇宙射线。这个速率应该与总体体积平均注入相一致，由在星爆年龄期间活跃的加速器的总数给出。这些假设似乎是合理的，特别是在加速器均匀和各向同性分布的假设下。然而，在这种方法中，叠加光谱的时间演化并没有明确推导出来;相反，它基本上是从头开始假设的。在这里，我们测试这种方法的有效性，通过以下叠加的宇宙射线光谱的时间演化和空间分布，并比较我们的结果与那些从理论模型，把星爆区作为一个单一的源。在量热极限（没有宇宙射线平流），均匀性（通常在20%以内）在大部分的星爆区域达到。然而，中心到边缘强度比的值可以达到几个因子。宇宙射线分布的共同均匀假设和我们的模型之间的差异在两区几何形状的情况下更大，例如中心核周围有一个圆盘。我们还发现，宇宙射线密度随星暴过程持续时间的衰减是缓慢的，甚至在星暴结束后约100万年（对于35 cm-3的气体密度），它仍然可能在其峰值的一个数量级内。基于我们的模拟，似乎从附近的星暴星系中检测到相对较硬的光谱，直到最高的伽马射线能量，有利于相对较小的扩散系数（即，长扩散时间）。
2012-03-13 astro-ph.HE
Star-forming galaxies as the origin of diffuse high-energy backgrounds: Gamma-ray and neutrino connections, and implications for starburst history
据预测，恒星形成星系对弥漫的伽马射线背景有相当大的贡献，因为它们是宇宙射线的保证储存库。假设产生高能γ射线的强子相互作用也产生高能中微子，并且O（100）PeV的宇宙射线可以产生并被限制在星暴星系中，我们讨论了恒星形成星系也是冰立方实验所观测到的高能中微子的主要来源的可能性。首先，我们计算弥漫的伽玛射线背景恒星形成的星系，采用最新的Herschel PEP/HerMES光度函数和依赖于费米观测报告的伽玛射线和红外光度之间的相关性。然后，我们推导出了恒星形成星系（包括正常星系和星暴星系）中弥散高能中微子的预期强度。我们的研究结果表明，星暴，包括那些与活动星系核和星系合并，可能是冰立方实验所观察到的高能中微子的主要来源。我们发现，假设宇宙射线光谱指数为2.1-2.2的所有星暴状星系，我们的预测可以与费米和冰立方数据一致，但较大的指数很容易无法解释所观察到的扩散中微子通量。以星暴高能谱指数为自由参数，从GeV能量外推到PeV能量，我们发现比E^（-2.15）更硬的谱可能被IceCube数据排除，这可能比费米数据对这个群体的约束更大。
2014-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Rays, Gamma rays, Neutrinos and Gravitational Waves
本文讨论了宇宙射线、γ射线和中微子通量的研究与新兴的引力波天文学的关系。
2017-07-10 astro-ph.HE
Dark Matter detection via lepton cosmic rays
最近的PAMELA和FERMI实验对轻子宇宙射线的观测，将我们对星际介质和宇宙射线源的理解推向了前所未有的水平。暗物质在轻子宇宙射线上的印记是对PAMELA的正电子过剩和FERMI的总电子通量的最令人兴奋的解释。或者，超新星是具有解释这些观测结果的相同潜力的天体物理学对象。在这项工作中，我们提出了轻子宇宙射线的天体物理来源和暗物质信号的正电子过剩和电子总通量的可能痕迹的最新研究。
2010-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing Cosmic Accelerators Using VHE Gamma Rays and UHE cosmic rays
在几类银河系和河外天体物理源中观测到的$γ$射线发射似乎与吸积黑洞和旋转动力中子星有关。这些系统是巨大的宇宙加速器，也是几个实验探测到的UHE宇宙射线和VHE中微子的潜在来源。我们回顾了我们对这些物体的理解的最新进展，并展示了如何利用最近和未来的观测来探测源中的条件。
2009-02-18 astro-ph.HE
Cosmic connections: from cosmic rays to gamma rays, to cosmic backgrounds and magnetic fields
来自伽马射线望远镜和宇宙射线探测器的综合数据产生了一些关于星系际和星系磁场以及河外背景光的令人惊讶的新见解。本文综述了最近的一些进展，包括解释遥远耀变体硬光谱的理论和基于远源光谱的星系际磁场测量。此外，我们还讨论了银河系中的瞬变源，如过去的伽马射线暴和超新星爆炸，对观测到的超高能宇宙线核通量的可能贡献。对伽马射线、宇宙射线和磁场进行整体治疗的必要性是这些看似无关的现象的统一主题。
2012-07-16 astro-ph.HE
Cosmic rays from the nearby starburst galaxy NGC 253: the effect of a low luminosity active galactic nucleus
NGC 253是一个邻近的星暴星系，位于玉夫座星系群中，距离3.5 Mpc，一些作者认为它是宇宙射线加速到超高能量的潜在地点。它的核心区域被气体和尘埃严重遮蔽，这使得我们无法确定该星系是否拥有一个与星暴共存的超大质量黑洞。在文献中已经提出了一些来源作为活性核的候选者。在这项工作中，我们的目标是确定的影响，一个超大质量黑洞在NGC 253的核可能对宇宙射线加速的存在。有了这个目标，我们模拟的吸积流到假定的活动核，我们评估的可行性粒子加速的黑洞发电机机制。作为一个副产品，我们探索的吸积流中的非热粒子的星系的高能量发射的潜在贡献。我们发现，在三个最可能的核候选者，吸积流的排放将抑制黑洞发电机机制。为了完全排除NGC 253中一个假定的核可能对宇宙射线加速产生的影响，需要更好地澄清该核的真实性质。
2020-03-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
VERITAS contributions to CF6-A: Cosmic Rays, Gamma Rays and Neutrinos
本白皮书介绍了VERITAS伽马射线望远镜阵列对“宇宙前沿”工作组CF 6-A小组的贡献，该小组是2013年斯诺马斯社区夏季研究的一部分。
2013-04-24 astro-ph.HE
Winds, Clumps, and Interacting Cosmic Rays in M82
我们构建了一个家庭的模型，在星爆星系M82的高能粒子的演化，并将它们与观测结果进行比较，以测试量热计假设，所有的宇宙射线能量辐射在星爆区域。假设宇宙线加速效率与银河系参数一致，计算了宇宙线质子、初级电子和次级电子/正电子的粒子数随能量的变化。宇宙射线通过II型超新星以0.07/年的观测速率注入银河系能量分布和电子质子比。从宇宙线谱出发，我们预测了射电同步辐射和γ射线谱。为了更精确地模拟无线电频谱，我们在M82的星爆区加入了多相星际介质。我们的模型星际介质是高度破碎的紧凑致密的分子云和致密的光电离气体，都嵌入在一个热的，低密度的介质在整体压力平衡。用这个单区模型预测的谱与观测到的M82的射电和γ射线谱进行了比较。卡方检验用于无线电和γ射线观测以及一系列模型预测，以找到最佳拟合参数。最佳拟合模型对M82星暴区的关键参数进行了约束，包括磁场强度约为250 μ G，风平流速度在300 - 700 km/s范围内。我们发现，M82是一个很好的电子量能器，但不是一个理想的宇宙射线质子量能器，并讨论了我们的结果的天体物理学的远红外射电相关的星爆星系的影响。
2013-03-18 astro-ph.HE
Cosmic Rays: What Gamma Rays Can Say
我们将回顾由于宇宙射线的加速和传播而产生的伽马射线辐射的主要通道，讨论银河系和河外宇宙射线的情况以及它们与伽马射线观测的联系。
2014-12-23 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
PeV Gamma Rays from Interactions of Ultra High Energy Cosmic Rays in the Milky Way
本文计算了超高能宇宙射线在银河系中传播时与周围物质和辐射相互作用产生的PeV γ射线本底。如果初级超高能宇宙射线是从银河系的点源产生的，那么这些点源也会发射PeV的伽马射线。我们讨论，在未来的检测galactocentric PeV伽马射线将是一个签名的存在EeV宇宙加速器在银河系。
2011-10-24 astro-ph.HE
Cosmic ray transport in starburst galaxies
星暴星系是有效的$γ$射线产生者，因为它们的高超新星速率产生大量的宇宙射线（CR）质子，它们的高气体密度作为厚靶，这些质子可以产生中性π介子，从而产生$γ$射线。在本文中，我们提出了一个第一性原理计算的机制，CR传播通过这样的环境，结合天体化学模型与弱电离等离子体中的湍流分析。我们发现，CR不能散射的强烈的大尺度湍流中发现的星爆，因为有效的离子中性阻尼防止这样的湍流级联下降到CR gyroradii的规模。相反，CRs流沿场线在流不稳定性和离子中性阻尼之间的竞争所确定的速率，导致通过场线随机游走的过程中运输。这导致在高达$\sim 1$ TeV的CR能量下几乎与能量无关的有效扩散系数。我们应用我们计算的扩散系数的CR逃逸和损失的一个简单的模型，并表明，由此产生的$γ$射线光谱与观测到的恒星爆发NGC 253，M82，和Arp 220的光谱吻合得很好。特别是，我们的模型再现这些星系的相对硬GeV $γ$射线光谱和软TeV光谱，而不需要任何微调的平流逃逸时间或形状的CR注入光谱。
2020-02-18 astro-ph.HE
Are Starburst Galaxies Proton Calorimeters?
在GeV和TeV波段观测到了几个星暴星系。在这些稠密的环境中，伽马射线的发射应该主要是宇宙射线与星际介质（$p_{\rm cr}p_{\rm ism} \to π^{0} \to γγ$）的相互作用。事实上，星爆可以作为质子“热量计”，其中相当一部分宇宙射线能量输入以伽马射线形式发射。在这里，我们建立了一个单区，“厚目标”模型，实现量热法和宇宙射线相互作用的伽马射线发射的上限。该模型假设宇宙射线被超新星（SNe）加速，并且所有的宇宙射线都遭受核相互作用而不是逃逸。我们的模型只有两个自由参数：每颗超新星的宇宙射线质子加速能量$ε_{\rm cr}$和质子注入光谱指数$s$。我们计算了10 MeV到10 TeV的π介子γ射线辐射，并利用Fermi，H.E.S.S.和/或VERITAS数据。我们的模型为M82和NGC 253提供了很好的拟合，并产生了$ε_{\rm cr}$和$s$值，表明超新星宇宙射线加速在恒星爆发和我们的银河系中是相似的。我们发现，这些恒星爆发确实几乎，如果不是完全质子热量计。对于NGC 4945和NGC 1068，模型与量热法一致，但由于缺乏TeV数据而受到较少的约束。然而，圆规星系和超亮红外星系Arp 220超过了我们的上限，可能的解释进行了讨论。
2018-01-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic rays and molecular clouds
本文讨论了宇宙射线穿透分子云的问题和有关的γ射线发射问题。高能宇宙射线与致密气体相互作用，产生中性π介子，后者又衰变为两条伽马射线。这使得分子云成为潜在的伽马射线源，特别是如果它们位于将宇宙射线注入星际介质的强大加速器附近。在一个给定的源周围，宇宙射线超密度的幅度和持续时间取决于宇宙射线在湍流的银河磁场中扩散的速度。基于这些原因，分子云的伽马射线观测既可以用来定位宇宙射线的来源，也可以用来限制宇宙射线在银河系中的扩散特性。
2012-08-24 astro-ph.HE
Ultrahigh Energy Cosmic Rays and Neutrinos
从宇宙加速器观测中微子将是革命性的。高能中微子与高能宇宙射线及其来源密切相关。宇宙射线源很可能产生中微子，来自遥远来源的高能宇宙射线的传播可以产生PeV到ZeV的中微子。本文简要回顾了高能宇宙射线观测的最新进展及其对高能中微子探测的启示。
2011-02-25 astro-ph.HE
The Shape of the Cosmic X-ray Background: Nuclear Starburst Discs and the Redshift Evolution of AGN Obscuration
大量的活动星系核（AGN）被观测到隐藏在尘埃和气体之后。活动星系核周围物质的分布在模拟宇宙X射线背景（CXB）中起着重要的作用，特别是2型活动星系核的分数（$f_2$）。对于中等红移的塞弗特星系的遮蔽，一个可能的解释是尘埃星爆盘。本文计算了768个不同物理条件下的核星爆盘（NSD）的二维流体静力学结构，以及与这些星爆盘相关的沿视线（$N_{\text{H}}$）的柱密度分布。然后，利用输入参数的红移依赖分布函数，演化出随红移变化的$N_{\text{H}}$分布。$f_2$显示出强的正向演变，直至达到$z=2$，但在更高的$z$下仅显示出弱水平的增强。与这些星暴区相关的康普顿薄和康普顿厚活动星系核分数以$\propto (1+z)^δ$的形式增加，其中$δ$估计分别为1.12和1.45。与柱密度$N_{\text{H}} \geq 10^{23.5}$ cm $^{-2}$相关的反射参数$R_f$从$z=0$处的0.13延伸到$z=4$处的0.58。采用这种不断发展的$N_{\text{H}}$分布的CXB模型表明，更紧凑的（$R_{\text{out}}<120$ pc）NSD可更好地拟合CXB。除了“Seyfert-like”AGN被核爆发所掩盖外，我们预测40%到60%的类星体必须是康普顿厚度的，才能在观测不确定性范围内产生CXB光谱的峰值。预测的活动星系核在8-24 keV…
2018-01-08 astro-ph.HE
The Composition of Cosmic Rays at the Knee
本文综述了最近关于10^14 ~ 10^18 eV能区宇宙射线成分的研究结果。
2012-12-04 astro-ph.HE
