Uncertainties in astrophysical gamma-ray and neutrino fluxes from proton-proton cross-sections in the GeV to PeV range
本研究将不同强子相互作用模型植入输运程序CRPropa，应用于邻近巨分子云和银河系弥漫辐射，发现模型选择会导致伽马射线与中微子流量出现约2倍差异，为宇宙线源多信使证认研究提供了截面不确定性的量化参考。
2025-03-19 astro-ph.HE
Charm decay in slow-jet supernovae as the origin of the IceCube ultra-high energy neutrino events
我们调查最近在IceCube中微子天文台检测到的超高能（UHE）中微子事件是否可能来自于类似超新星的天体物理源的温和相对论性喷流中产生的魅力介子的衰变。我们证明，$5.7σ$多余的中微子观测冰立方在30 TeV-2 PeV的能量范围内可以解释的中微子在这样的慢喷流超新星产生的扩散通量，使用的天体物理和QCD参数的值与中微子生产的理论不确定性在天体物理来源的粲介子衰变。我们讨论了固有的理论不确定性在高能强子碰撞的魅力生产的评估，以及与慢喷超新星源的天体物理学的不确定性。当质子冷却过程超过质子加速时，源内的质子通量，以及由此产生的中微子通量，在大约几个PeV处被切断。这直接解释了在能量高于几个PeV时事件率突然下降的原因。我们将在光谱加权的魅力生产横截面的能量依赖的效果，并表明，这有一个非常显着的影响中微子通量的形状，大小和截止能量。
2014-07-10 astro-ph.HE hep-ph
Excitation and charge transfer in hydrogen-proton collisions at 5--80 keV and application to astrophysical shocks
在天体物理学中，氢原子的碰撞激发是相关的，氢原子与电子和质子的相互作用的横截面是计算线的轮廓和强度所必需的。特别是，在相对速度超过~1000 km/s时，质子的碰撞激发超过电子的碰撞激发。令人惊讶的是，在这些速度下的氢-质子截面对于n >= 4的原子水平并不存在，迫使研究人员通过不准确的标度定律进行外推。本文提出了一种计算氢-质子碰撞系统截面的快速改进算法，包括氢原子的n ≥ 2能级激发和电荷转移.我们开发了一个名为BDSCx的代码，它直接解决了薛定谔方程的可变（但非自适应）的分辨率，并利用混合空间傅立叶网格。我们的新型混合网格将所需的网格点数从~4000 n^6（对于“蛮力”笛卡尔网格）减少到~2000 n^4，并且对于n = 4的计算，计算速度提高了~50倍。本文给出了n = 2- 4和入射能量为5- 80 keV的电荷转移和激发末态的（l，m）分辨结果，以及截面的拟合函数。精确计算质子-氢截面到n = 4的能力允许我们计算巴耳末衰减，巴耳末α线与巴耳末β线强度的比率。我们发现，巴耳末衰减开始增加超过其基本恒定的值2- 3低于10 keV，达到4- 5的值在5 keV，从而复杂的快速（~1000$ km/s）冲击时，尘埃消光的诊断使用环境星际介质。
2012-02-28 astro-ph.HE physics.atom-ph
AM$^3$: An Open-Source Tool for Time-Dependent Lepto-Hadronic Modeling of Astrophysical Sources
本文介绍开源软件AM$^3$，用于求解天体物理环境中粒子谱密度演化的耦合积分微分方程，模拟多波长和中微子发射，涵盖多种非热过程，并展示三个应用示例。
2024-11-06 astro-ph.HE
Evidence for a Coronal Shock Wave Origin for Relativistic Protons Producing Solar Gamma-Rays and Observed by Neutron Monitors at Earth
我们研究了2017年9月10日的太阳爆发事件，该事件产生了持久的$>$ 100 MeV $γ$射线发射和地面水平增强（GLE 72）。高能离子产生晚相伽玛射线发射（LPGRE）的起源仍然是一个悬而未决的问题，但一个可能的解释是质子加速在日冕冲击产生的日冕物质抛射。我们研究了一个共同的冲击加速度的LPGRE和GLE 72的起源。费米大天区望远镜观测到的$γ$射线辐射呈现出一个弱脉冲相，与硬X射线和$γ$射线线耀斑辐射中观测到的相一致，并且似乎是LPGRE的两个不同阶段。从冲击波的详细建模，我们得到的三维分布和时间演化的冲击参数，我们研究的冲击波磁连接与可见的太阳盘。激波参数在返回到可见圆盘的磁力线上的演化反映了LPGRE的两个阶段。我们发现$>$ 100 MeV的$γ$射线的时间历史和一个基本的冲击加速模型产生的时间历史之间的良好协议。如果我们在GLE 72的第一个小时内包括30%的耀斑加速质子的贡献，则磁映射到地球的冲击参数的时间历史与史密斯堡中子监测器在GLE 72的第一个小时内观察到的速率一致，其释放时间遵循核$γ$ -射线的时间历史。我们的分析提供了令人信服的证据，一个共同的冲击起源的质子产生的LPGRE和大多数粒子中观察到的GLE 72。
2020-04-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
A new break near 10 TeV in the energy spectrum of protons according to data from space-based instruments: astrophysical interpretation
基于DAMPE和CALET数据，研究质子能谱在10 TeV处的断裂，通过非经典扩散模型确定其源于约120 pc处、年龄约5×10^5年的tevatron，并指出需修正宇宙射线标准范式。
2023-09-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Efficiency of Centrifugal Mechanism in Producing PeV Neutrinos From Active Galactic Nuclei
建立了一个多步骤的理论模型来追踪最近由IceCube合作组探测到的超高能（UHE）$[1-2]$ PeV中微子的起源。活动星系核磁层中的质子在不同的引力离心力作用下，通过广义双流不稳定性为朗缪尔波的参量激发提供自由能。在活动星系核磁层之外，这些波的朗道阻尼可以将质子加速到超高能量。这种机制的最终来源，朗缪尔-朗道-朗道驱动（LLCD），是致密物体的引力能。LLCD产生的UHE质子提供了通过适当的强子反应产生UHE中微子的基本成分;能量约为$10^{17}$ eV的质子可以在活动星系核周围的等离子体中产生，其辐射热光度为$10^{43}$ ergs $^{-1}$。通过对能量区间$[1-2]$ PeV的河外中微子扩散能流的估算，我们发现在总测热光度中，一个可接受的小部分$0.003\%$就足以产生观测到的河外超高能中微子流.
2018-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Spectra of Astrophysical Particles at Ultra High Energy and the Auger Data
我们使用动力学方程的方法来描述超高能宇宙线质子和原子核的传播比较的理论结果与皮埃尔俄歇天文台的观测。
2014-12-23 astro-ph.HE
Radiative proton capture cross sections in the mass range $40-55$
本文用反应程序TensorS1.6计算了质量区40-54的质子俘获截面。利用相对论平均场方法得到的与密度相关的M3 Y有效核子-核子相互作用与目标径向物质密度的折叠，得到了半微观光学势。一个明确的规范化的潜在的井深度已被用于整个质量区域。某些反应的$(p,γ)$率，在天体物理的情况下，重要的，是使用在相关的质量区域的潜力计算。
2016-07-14 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Proton-rich nucleosynthesis and nuclear physics
虽然爆炸性核合成的详细条件是从天体物理模型中推导出来的，但核物理决定了丰度产额的基本模式，而不仅仅是平衡过程。专注于nu-p-和伽马过程，一般核合成功能的天体物理模型的范围内，但（大多）独立的细节建模，提出。剩余的不确定性，由于不确定的Q值和反应速率进行了讨论。
2013-04-03 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Irregular proton injection to high energies at interplanetary shocks
该研究通过观测高马赫数行星际激波上游超热粒子的非规则色散增强，提出其源于激波前不规则性导致的非规则注入，并与模拟对比，为远程天体物理系统研究提供新见解。
2023-10-17 astro-ph.HE physics.space-ph
Astrophysical Wake Acceleration Driven by Relativistic Alfvenic Pulse Emitted from Bursting Accretion Disk
我们认为，在吸积盘的这个最里面的部分的射流中产生的电磁脉冲加速带电粒子（质子，离子，电子）到非常高的能量，包括能量以上的质子和原子核的情况下$10^{20}$ eV和$10^{12-15}$ eV的电子通过电磁波-粒子相互作用。由磁旋转不稳定性引起的盘中的偶发爆发吸积产生了强的Alfvenic脉冲，其充当集体加速有质动力的驱动器。这种有质动力驱动着尾流。加速的强子（质子和原子核）被释放到星系际空间成为超高能宇宙射线。另一方面，高能电子在电磁扰动的碰撞中发射光子，产生活动星系核的各种非热辐射（无线电，红外线，可见光，紫外线和伽马射线）。将该理论应用于M82 X-1，发现它可以解释$6\times 10^{19}$ eV以上的超高能宇宙射线北热点。我们还讨论了其他附近的活动星系核，中子星合并，高能中微子的天体物理意义。
2019-05-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Neutron Skin Effects on Particle Emission in Heavy-Ion Collisions: A Topic Review with Astrophysical and Nuclear Structure Connections
Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MOE), Institute of Modern Physics, Fudan University（复旦大学现代物理研究所）；Shanghai Research Center for Theoretical Nuclear Physics, NSFC and Fudan University（复旦大学理论核物理上海研究中心）；School of Physics, East China Normal University（华东师范大学物理系）
本文综述中子皮对重离子碰撞中粒子发射和集体动力学的影响，强调其作为同位旋矢量核相互作用探针的作用，并提出结合多系统观测与核结构及天体物理信息以定量约束中子皮和对称能密度依赖性的前景。
2026-09-15 astro-ph.HE hep-ph nucl-ex
Modeling particle transport in astrophysical outflows and simulations of associated emissions
在这项工作中，在尝试改进天体物理等离子体外流中粒子输运模型的制定和构建适当的算法之后，我们通过对银河系微类星体SS 433和Cyg X-1系统的数值模拟来测试我们方法的可靠性和有效性。然后，我们专注于预测相关的排放，专注于可检测的高能中微子和$γ$ -射线起源于河外星系M33 X-7系统，这是一个最近发现的X射线双星位于邻近的星系梅西耶33，尚未详细建模。粒子和辐射的能量分布，产生磁化天体物理喷流在我们的方法的上下文中，假设起源于衰变和散射过程中产生的二次粒子之间的热（相对论）质子的喷流散射热（冷）的（喷流内的p-p相互作用机制）。这些分布是通过求解非弹性质子-质子（p-p）碰撞后多粒子过程（反应链）的耦合积分-微分输运方程组来计算的。为了探测这种高能中微子以及多波长（无线电，X射线和伽马射线）发射，非常灵敏的探测仪器正在运行或已经设计，如CTA，IceCube，ANTARES，KM 3 NeT，IceCube-Gen-2和其他太空望远镜。
2021-01-11 astro-ph.HE hep-th
IceCube data for astrophysical neutrinos exhibit q-statistical behavior
Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas（巴西物理研究中心）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；Complexity Science Hub（复杂性科学中心）；Dipartimento di Fisica e Astronomia Ettore Majorana（埃托雷·马约拉纳物理与天文学系）；Izmir University of Economics（伊兹密尔经济大学）；Complex Systems Research and Application Center, Izmir University of Economics（伊兹密尔经济大学复杂系统研究与应用中心）
该研究分析IceCube天体物理中微子数据，发现其能谱可用q-高斯函数描述，非加和指数q≈1.6，表明存在极长程时空关联，为非加和熵在宇宙系统中的作用提供了新证据。
2026-11-05 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech hep-ph
Relativistic Magnetized Astrophysical Plasma Outflows in Black-Hole Microquasars
近年来，微类星体喷流引起了许多研究者的兴趣，主要集中在天体物理等离子体外流和各种喷流喷射。在这项工作中，我们专注于研究恒星黑洞双星系统喷流的电磁辐射和粒子发射，其特征在于喷流中的强子含量。这种排放的相对论磁流体动力学的背景下可靠地描述。我们的模型计算是基于费米加速机制，通过该机制的初级粒子（主要是质子）的射流被加速。因此，喷流中的一小部分热质子通过喷流等离子体中产生的冲击波获得相对论能量。从快（非热）质子与热（冷）质子的非弹性碰撞中，产生了二次带电粒子和中性粒子（π介子、K介子、μ介子、$η$粒子等）。以及从无线电波段到X射线甚至到非常高能量的伽马射线的电磁辐射。我们的主要目标之一是，通过适当的解决方案的输运方程，并考虑到各种机制，导致能量损失的粒子，研究强子天体物理喷流内的二次粒子浓度。在银河系MQs SS 433和Cyg X-1上测试了我们的方法之后，作为一个具体的河外双星系统，我们研究了位于银河系卫星星系大麦云中的LMC X-1。值得一提的是，对于LMC X-1系统的伴星O星（及其扩展的星云结构），几年前已经发表了使用VLT/UVES光谱数据的新观测结果。
2021-12-15 astro-ph.HE
On the relation between the astrophysical neutrino fluxes and the cosmic ray fluxes
高能天体物理中微子和宇宙线通量之间的关系得到一些概括，考虑到目前的结果宇宙线的光谱和成分，以及更现实的建模的银河系和河外宇宙线成分下降到PeV的能量。结果发现，由冰立方测量的中微子通量的水平可以是一致的源，薄逃逸质子。这也可以使更重的原子核更容易从源中发射出来，而不会经历过度的衰变过程。
2021-08-05 astro-ph.HE
High-density kaonic-proton matter (KPM) composed of Lambda* equiv K-p multiplets and its astrophysical connections
我们提出并研究了一种新的高密度复合材料的$Λ^* \equiv K^-p = (s \bar{u}) \otimes (uud)$，它可以被称为{ \it Kaonic质子物质（KPM）}，或简单地说，{ \it $Λ^* $ -物质}，其中大量的收缩重子束缚系统起源于强吸引力的$(\bar{K}N)^{I=0}$相互作用发生，提供一个基态中性重子系统具有巨大的能隙。由于海特勒-伦敦型分子共价性以及QCD真空的手征对称性恢复进一步增加了吸引相互作用，预计$(K^-p)_m$系综的质量（其中$m$，$K^-p$对的数目，大于$m \approx 10$）将下降到其相应的中子系综$(n)_m$以下。由于种子团簇（$K^-p$、$K^-pp$和$K^-K^-pp$）的寿命很短，因此可以设想这种稳定的遗迹系综$(K^-p)_m$的形成是在强子化和$quark$-$anti$-$quark$湮灭进行之前的早期宇宙中的大爆炸夸克胶子等离子体（QGP）时期。在重子生成的最后阶段，大量的原始（$\bar{u},\bar{d}$）被转移并捕获到{ \it KPM}中，在那里反夸克找到了永远生存的地方。预期的{ \it KPM}状态可以是{ \it冷的、致密的和中性的$\bar{q} q$ -混合（{ \it夸克胶子束缚（QGB）}）状态，$[s(\bar{u} \otimes u) ud]_m$，}…
2017-05-01 astro-ph.HE nucl-th
Type IIn supernovae as sources of high energy astrophysical neutrinos
结果表明，IceCube实验中观测到的高能天体物理中微子可以由在银河系外IIn型超新星遗迹中加速的质子通过在致密的星周介质中传播的激波产生。采用非线性扩散激波加速模型来描述粒子加速。本文计算了膨胀宇宙中单个IIn型超新星产生的中微子能谱和IIn型超新星产生的中微子背景能谱。我们还发现一个冰立方中微子候选者（径迹事件47）的到达方向是来自IIn型超新星2005bx的1.35 $^{\circ }$。
2015-10-28 astro-ph.HE
Pions in hot dense matter and their astrophysical implications
我们研究π介子在天体物理学中遇到的热致密物质中的作用。我们发现，强相互作用增强带负电荷的π介子的数量密度，这种增强可以可靠地计算为一个相关的密度和温度范围内使用维里膨胀。我们评估了介子和μ介子对热密物质状态方程和弱相互作用速率的影响。我们发现，热π介子增加质子分数和软化状态方程。我们还发现，涉及π介子和μ介子的带电电流弱反应$\barν_μ+μ^- \rightarrow π$和$ν_μ+π^- \rightarrow μ^-$对μ介子中微子的不透明度有重要贡献。这可能会影响核心坍缩超新星和中子星合并的动力学。最后，我们注意到，当弱相互作用不处于平衡状态时，π-核子反应可以改变质子分数的演化。
2020-04-02 astro-ph.HE nucl-th
Adaptive image ray-tracing for astrophysical simulations
提出了一种用于从数值模拟产生合成图像的技术，其中图像分辨率被适配在突出特征周围。在这样做时，自适应图像射线跟踪（AIR）通过将计算工作集中在最需要的地方来提高计算效率。测试计算的结果表明，与具有固定分辨率图像的等效计算相比，可以实现>~ 4倍的加速，并且在最终图像中所需的像素数中相应地减少。
2010-10-26 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.comp-ph
A Case for Radio Galaxies as the Sources of IceCube's Astrophysical Neutrino Flux
我们提出一个论点，射电星系（活动星系与错位喷流）可能是冰立方观测到的高能天体物理中微子的主要来源。特别是，如果从射电星系观测到的伽马射线发射是通过宇宙射线质子与气体的相互作用产生的，这些相互作用也可以产生一群中微子，其通量和光谱形状与冰立方测量的相似。我们提出了一个简单的物理模型，其中高能宇宙射线被限制在射电星系的体积内，在那里它们与气体相互作用，产生所观察到的中微子和伽马射线的扩散通量。除了同时考虑费米和冰立方的观测结果外，这个模型中的射电星系也代表了一类有吸引力的最高能量宇宙射线源。
2016-05-24 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Acceleration and propagation of ultra high energy cosmic rays
我们回顾了最高能量宇宙射线的物理学。对它们的来源的发现，仍然是未知的，将揭示宇宙中最具活力的天体，并可能揭示粒子物理学标准模型之外的新物理学。我们讨论了这些高能粒子的传播细节，它们与天体物理光子背景和星系际磁场的相互作用，以及与它们的运输相关的次级宇宙成因粒子的产生。我们研究了不同的加速模型，回顾了可以激发宇宙射线直到最高能量的主要天体物理对象。考虑到所观察到的质量组成的不确定性，我们审查了两种替代方案的组成仅由质子或质子和较重的原子核，讨论了两种方案的来源，加速机制和生产的二次宇宙成因的伽马射线和中微子方面的后果。
2017-07-25 astro-ph.HE
First-Principles Theory of the Relativistic Magnetic Reconnection Rate in Astrophysical Pair Plasmas
我们发展了强磁化对等离子体中相对论性磁重联率的第一性原理模型。通过考虑x线附近的能量预算和所需的电流密度，我们分析表明，在磁主导的相对论制度，x线的热压力是显着低于上游的磁压力，由于极端的能量需要维持电流密度，符合动力学模拟。这导致上游磁场线塌陷，产生开放的流出几何形状，从而实现快速重连。这一结果对于理解广泛的极端天体物理环境非常重要，在这些环境中，快速重联被用来解释瞬态耀斑和非热粒子特征等观测结果。
2023-01-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Unified model for cosmic rays above $10^{17}$ eV and the diffuse gamma-ray and neutrino backgrounds
我们调查如何在“逃逸模型”中得到的河外质子成分可以解释天体物理来源。我们认为可能的宇宙线（CR）源正常/星暴星系和射电大声活动星系核（AGN）。我们发现，从正常和星暴星系的河外质子总流量的贡献是次显性的，并不适合逃逸模型推导出的光谱形状。在无线电响亮AGN的情况下，我们表明，完整的河外质子谱可以解释由一个单一的源人口，BL Lac/FR I，在这些来源的任何潜在的加速网站。我们计算了这些CR质子与其源内气体相互作用产生的扩散中微子和$γ$射线通量。对于光谱斜率的CR接近$α=2.1-2.2$建议的冲击加速，我们发现，这些UHECR源贡献的各向同性$γ$射线背景和冰立方观测到的天体物理中微子信号的河外部分的主要部分。
2015-10-15 astro-ph.HE
Multiwavelength and Multimessenger Observations of Blazars and Theoretical Modeling: Blazars as Astrophysical Neutrino Sources
这篇文章回顾了在南极冰立方中微子探测器探测到的极高能中微子中，至少有一些可能是耀变体的潜在来源。本文综述了中微子产生的基本物理条件和中微子-耀变体协的物理约束。将更详细地讨论可能的关联的几个个别情况。本文强调指出，由于在有效产生中微子的耀变体中存在$γγ$不透明度的限制，X射线-软$γ$射线活动与甚高能中微子产生之间的联系比中微子与高能/甚高能$γ$射线活动之间的联系更为自然。
2022-04-26 astro-ph.HE
Analytical estimates of proton acceleration in laser-produced turbulent plasmas
随着高功率激光器的出现，为在实验室中模拟天体物理过程开辟了新的机会。我们表明，二阶费米加速可以直接调查在国家点火设施，利弗莫尔。这需要测量由激光产生的湍流等离子体内产生的3 MeV质子的动量空间扩散。处理费米加速作为一个偏置的扩散过程中，我们分析表明，一个可测量的初始质子分布的扩大，然后预期退出等离子体的粒子。
2018-10-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nuclear neutrino energy spectra in high temperature astrophysical environments
当天体物理环境的温度超过$\sim$ 100 keV时，中微子的能量会通过等离子体过程和核弱相互作用而大量损失。我们发现，核过程可能产生最高能量的中微子。重要的弱核相互作用包括带电电流通道（电子捕获/发射和正电子捕获/发射）和中性电流通道（通过中微子对发射的核去激发）。我们表明，为了作出一个现实的预测的核中微子光谱，必须考虑到原子核结构，在某些情况下，最重要的过渡可能涉及激发态，可能在父母和女儿的核。我们发现，标准的技术，生产中微子能谱，通过使用一个单一的过渡与Q值和矩阵元素选择，以适应公布的中微子生产率和能量损失将不能准确地捕捉重要的光谱特征。
2016-07-06 astro-ph.HE nucl-th
Nuclear pasta in hot and dense matter and its influence on the equation of state for astrophysical simulations
我们探讨了超新星物质中出现的核面食的性质，即，在有限温度下的物质，具有固定的质子分数。用可压缩液滴模型研究了具有一系列几何形状的pasta相，在该模型中，核物质分离成核子的稠密液相和核子与$α$粒子的稀气相.两个共存相的平衡条件是由最小化的总自由能，包括表面和库仑贡献，这是明显不同于吉布斯条件的相平衡，由于有限尺寸效应。与只考虑球形核的结果相比，pasta相的引入可以延迟向均匀物质的转变，并扩大相图中的非均匀物质区域。用CLD模型计算得到的热力学量与用Thomas-Fermi近似进行天体物理模拟的实际状态方程表中的热力学量是一致的。据发现，各种面食形状的密度范围取决于温度$T$和质子分数$Y_p$。此外，核对称能及其密度依赖性可能在确定pasta相的性质中起着至关重要的作用。我们的研究结果表明，pasta相图是最敏感的依赖于对称能斜率$L$，特别是在低-$Y_p$和高-$T$区域。
2020-07-22 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Relevant energy ranges for astrophysical reaction rates
利用理论截面计算了质子-中子滴注线10 ≤ Z ≤ 83靶上（p，gamma），（p，n），（p，alpha），（alpha，gamma），（alpha，n），（alpha，p），（n，gamma），（n，p），（n，alpha）的天体物理反应速率的有效能量窗（Gamow窗）。结果表明，广泛使用的近似公式的相关能量范围是无效的大量的反应有关的流体静力学和爆炸核合成。讨论了平均宽度的能量依赖性对伽莫夫窗口位置的影响，并以表格形式给出了结果（也在http：//download.nucastro.org/astro/gamow/）。
2010-04-08 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-ex
