Could the TeV emission of starburst galaxies originate from pulsar wind nebulae?
本文通过构建脉冲星风云群体演化模型并应用于NGC 253和M82，提出星暴星系的TeV γ射线辐射可能由脉冲星风云主导，并给出相关能量学和磁场约束条件。
2023-12-03 astro-ph.HE
Supernova feedback efficiency and mass loading in the starburst and galactic superwind exemplar M82
我们通过比较一套1维和2维流体动力学模型和一组来自星暴区硬X射线观测的观测约束，测量了星暴星系M82中超新星和星风反馈的净能量效率以及驱动其超风的热气活塞的质量负载程度（S、Ar、Ca和Fe的He-α和Ly-α类谱线的通量，以及总的漫射E=2- 8 keV X射线光度）。这是首次直接测量星暴星系中超新星加热和富集等离子体的反馈效率和质量负载。所有满足现有观测约束的模型都具有中等到高的热化效率（30% <= β <= 100$%），从星暴区流出的充满体积的风流体只有轻微的中心质量负荷（1.0 <= β <= 2.8）。这些结果表明，在星暴区内等离子体的温度在3000 - 8000万K之间，在星暴区外风流体的质量流率Mdot_tot ~ 1.4- 3.6Msol/yr，风的终极速度在v_infinity = 1410- 2240 km/s之间。这个速度比M82的逃逸速度（v_esc <~ 460 km/s）和M82风中的H-α发射团和细丝的速度（v_H-α ~ 600 km/s）要大得多。利用这些结果，我们提供了一个处方实施恒星爆驱动的超级宇宙学模型的星系形成和演化。（节录）
2009-03-24 astro-ph.CO 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 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
Multi-wavelength campaign on NGC 7469: III. Spectral energy distribution and the AGN wind photoionisation modelling, plus detection of diffuse X-rays from the starburst with Chandra HETGS
我们调查的物理结构的活动星系风的Seyfert-1星系NGC 7469通过高分辨率X射线光谱与钱德拉HETGS和光电离模型。钱德拉，HST和斯威夫特的同期数据被用来模拟光学紫外-X射线连续谱，并确定光谱能量分布（SED）在两个时代，相隔13年。在我们的研究中，我们使用了2015年12月至2016年1月的新观测结果和2002年12月的历史观测结果。我们研究的SED形状的变化，看到两个时代之间的风的光电离的影响。HETGS光谱表明，NGC 7469的活动星系核风由四个电离分量组成，它们的外流速度在-400到-1800 km/s之间。从我们的建模中，我们发现，在电离连续形状的变化之间的两个时代的结果在风分量的电离状态的一些变化。然而，对于在X射线中检测到的主要离子，它们在所有四种组分上的柱密度之和在实践中保持不变。对于四个组分中的两个，我们发现它们在两个时期都是热不稳定的，我们使用冷却和复合时标得到2 < r < 31 pc和12 < r < 29 pc。对于另外两个热稳定组分，我们从复合时间尺度获得r < 31 pc和r < 80 pc。我们的光电离建模和热稳定性分析的结果表明，在NGC 7469的吸收剂组件是一致的是一个热驱动风从活动星系核环面。最后，通过对零级ACIS/HETG数据的分析，我们发现0.2-1 keV之间的X射线辐射在空间上扩展了1.5-12”。这种弥漫的软X射线辐射…
2018-03-22 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 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
Starburst galaxies as seen by gamma-ray telescopes
与普通星系相比，星暴星系的恒星形成率大大增加，并通过超音速恒星风和超新星爆炸向星际介质注入大量的动能。超新星遗迹被认为是宇宙射线（CR）的主要来源，形成了额外的、重要的能量和压力成分，并可能以主要方式影响恒星的形成过程。对星暴星系的γ射线观测为我们提供了一个独特的机会来研究与强子CRs相关的非热现象及其与恒星形成过程的关系。在这项工作中，将审查最近用空间和地面γ射线望远镜对星暴星系的观测，并讨论γ射线发射理论工作的现状。特别强调了下一代切伦科夫望远镜阵列在研究星暴星系和恒星形成星系方面的前景。
2016-01-24 astro-ph.HE
The galactic bubbles of starburst galaxies The influence of galactic large-scale magnetic fields
本研究通过磁流体动力学模拟探究大尺度磁场对星暴星系风泡演化的影响，发现磁场会改变泡的结构但无法单独解释M82等星系的观测特征，同时指出风终止激波是高能粒子加速的潜在位点。
2024-02-02 astro-ph.GA 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
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
Illuminating M82: Simulating X-ray Emission from Galactic Winds in a Starburst Galaxy
Columbia University（哥伦比亚大学）；Vanderbilt University（范德堡大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；New York University（纽约大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究类似M82系统中恒星形成驱动银河风的X射线发射，通过模拟改变相关参数并与钱德拉观测比较，发现模拟\(L_X\)低、表面亮度轮廓下降快及光谱过软，探讨缺失物理过程对解决差异的作用。
2026-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Hot Gas Outflow Properties of the Starburst Galaxy NGC 4945
利用330 ks Chandra观测，研究沿NGC 4945星系外流15个区域的热气体性质，发现温密峰值位于中心且与球形绝热风不符，测得质量外流率并识别电荷交换贡献。
2024-04-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
The diffuse gamma-ray emission toward the Galactic mini starburst W43
在本文中，我们报告费米大天区望远镜（LAT）的年轻恒星形成区W43的伽玛射线辐射的检测。使用最新的源目录和扩散背景模型，扩展的伽玛射线过剩检测到的意义约为16 $σ$。伽马射线发射具有光子指数为$2.3 \pm 0.1$的光谱。我们还进行了详细的分析，在这个区域的气体含量，考虑到不透明度校正HI气柱密度。宇宙射线（CR）质子的总能量估计为$10^{48}\ \rm erg,$的数量级，假设γ射线是由加速的质子和原子核与周围气体的相互作用产生的。通过与银河系其他恒星形成区的比较，我们发现，与恒星形成率（SFR）相比，CR光度与风力的相关性更好。这一结果表明，在这些系统中，CR主要由恒星风加速
2020-07-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Evidence for a Fast Soft X-ray Wind in M82 from XMM-RGS
本研究利用XMM-Newton反射光栅光谱仪数据，通过发射线拟合测量M82星系风速度弥散，发现OVIII等离子的星系风速度显著超过逃逸速度，为快速软X射线风的存在提供了证据。
2024-08-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Observational Constraints on Cool Gas Clouds in M82's Starburst-Driven Outflow
本研究利用哈勃窄带观测分析M82外流中的Hα结构，约束其形态、密度和柱密度，发现弧状结构及Hα领先X射线现象，暗示冲击电离起源。
2025-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Effect of Starburst Metallicity on Bright X-Ray Binary Formation Pathways
我们研究了年轻（<2000万年）和明亮（Lx > 1 e36 erg/s）的大质量X射线双星（HMXB）的特征，发现其星群与金属丰度密切相关。我们将模型种群分为两种不同的形成途径：（1）经历活跃的罗氏瓣溢出（RLO）的系统，以及（2）在（超）巨（SG）阶段具有施主的风吸积系统，我们发现它在HMXB种群中占主导地位。我们发现金属性主要影响通过每个形成途径移动的系统的数量，而不是通过每个单独途径移动的系统的可观察参数。我们讨论了最重要的模型参数影响HMXB人口在低和高金属丰度。利用这些结果，我们发现：（1）超亮X射线源的星族可以一致地用非常明亮的HMXB来描述，这些HMXB经历了稳定的Roche瓣溢出和轻微的超爱丁顿吸积;（2）明亮的星暴星系NGC~1569的HMXB星族很可能由一个极端贫金属的星暴星系团所支配。
2010-11-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Fast, Hot Wind from a Nuclear Starburst
University of Geneva（日内瓦大学）；Ehime University（爱媛大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；NASA / Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA / GSFC (CRESST II)（NASA/GSFC空间科学与技术研究探索中心）；University of Tokyo（东京大学）；Technion（以色列理工学院）；Center for Space Sciences and Technology, University of Maryland, Baltimore County (UMBC)（马里兰大学巴尔的摩县分校空间科学与技术中心）；Center for Astrophysics — Harvard-Smithsonian（哈佛-史密松天体物理中心）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；ESO（欧洲南方天文台）
研究通过XRISM Resolve谱分析M82星系的热气体，发现其热压足以驱动多相风，提供了热气体质量、速度分散度和出流速率的直接测量，表明热风可由热压驱动而非其他机制。
2026-03-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
The impact of AGN-driven winds on physical and observable galaxy sizes
本文通过高分辨率模拟研究活动星系核驱动风如何抑制大质量星系致密化，发现其通过降低内区气体密度和尘埃消光改变多波段观测尺度，强调了前向建模在星系比较研究中的重要性。
2023-05-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
