Particle acceleration in radio galaxies with flickering jets: GeV electrons to ultrahigh energy cosmic rays

The flickering radio jet from the quiescent black hole X-ray binary A0620-00

Weakly accreting black hole X-ray binaries launch compact radio jets that persist even in the quiescent spectral state, at X-ray luminosities <1e-5 of the Eddington luminosity. However, radio continuum emission has been detected from only a few of these quiescent systems, and little is known about their radio variability. Jet variability can lead to misclassification of accreting compact objects in quiescence, and affects the detectability of black hole X-ray binaries in next-generation radio surveys. Here we present the results of a radio monitoring campaign of A0620-00, one of the best-studi…

重新审视银河系微类星体SS 433的XMM-牛顿观测：对LHAASO探测到的超高能辐射起源的启示

Revisiting the XMM-Newton Observations of the Galactic Microquasar SS 433: Implications for the Origin of the Ultrahigh-Energy Emission Detected by LHAASO

本研究通过重新分析XMM-牛顿对SS 433的观测，探讨LHAASO探测到的超高能γ射线起源，发现喷流基部硬电子成分或可解释该辐射，但磁场剖面及喷流内额外粒子过程影响结论。

超高能宇宙射线的起源及其谱裂

Origin of the Ultrahigh-Energy Cosmic Rays and their Spectral Break

皮埃尔·俄歇天文台观测到的能量在宇宙线踝以上的高能宇宙射线（UHECR）的能谱、成分和到达方向，如果假设其起源于河外，则会出现不一致的情况。然而，它们的观测特性，是那些由银河系伽马射线暴中发射的高度相对论性喷流加速的UHECR所预期的，其中大部分都是从地球发射的。如果这种替代解释是正确的，那么在50 EeV附近观察到的UHECR能谱的断裂不是Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止，而是来自银河系的高能铁宇宙射线自由逃逸的能量阈值，并且高于它们各自的自由逃逸阈值能量，UHECR核应该指向它们的银河系源或它们的残余，而不是GZK视界内的活动星系核（AGN）。

双中子星合并中的超高能宇宙线产生

Ultrahigh Energy Cosmic Ray Production in Binary Neutron Star Mergers

本文利用双中子星合并的受限初始条件，定量预测了超高能宇宙线各原子核的截断能量，发现其与拟合数据一致，从而支持双中子星合并是超高能宇宙线主要来源的论断。

活动星系核圆盘中恒星级黑洞的高能电磁辐射、中微子辐射和宇宙射线辐射

High-energy electromagnetic, neutrino, and cosmic-ray emission by stellar-mass black holes in disks of active galactic nuclei

本研究提出活动星系核圆盘中恒星级黑洞经Blandford-Znajek机制产生喷流，并由内部激波统一解释赛弗特星系伽马射线、NGC1068中微子及高能宇宙背景。

半人马座A超高能cosmic-ray加速的极高能gamma-ray特征

Very high-energy gamma-ray signature of ultrahigh-energy cosmic-ray acceleration in Centaurus A

皮埃尔俄歇天文台（PAO）从最近的射电星系半人马座-A方向探测到的至少十几个超高能宇宙线（UHECR）事件与能量$\gtrsim 55$ EeV的关联，支持射电星系喷流中UHECR加速的假设。在这项工作中，我们模拟无线电非常高的能量（VHE，$\gtrsim 100$ \rm GeV）$γ$ -射线发射从Cen A，包括GeV硬度检测费米LAT和TeV的HESS检测。我们考虑两种情况：（i）两区同步自康普顿（SSC）和外康普顿（EC）模型;（ii）两区SSC、EC和宇宙线相互作用的光强子辐射。费米-LAT观测到的GeV硬度可以用这两种情况来解释，其中2区EC发射非常重要。强子辐射在方案（ii）可以解释VHE数据与相同的光谱斜率，通过拟合从Cen A的UHECR。解释VHE $γ$ -射线数据的宇宙线质子在1 TeV处的峰值亮度为$\approx 2.5 \times 10^{46}$ erg/s。宇宙线质子的辐射热光度与解释与Cen A相关的13个UHECR信号事件的起源所需的光度一致。

发动机驱动超新星的超高能cosmic-ray核和中微子

Ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei and neutrinos from engine-driven supernovae

跨相对论性超新星（SNe）可能是由中心引擎通过喷流或风驱动的，是超高能宇宙射线（UHECR）的候选来源之一。我们调查的加速和生存的UHECR核在外部反向冲击的情况下。利用Zhang等人（2018）中使用的成分模型，我们计算了逃逸宇宙射线和次级中微子的光谱。如果它们的局部速率是核心坍缩超新星速率的$\sim1$ %，那么观测到的UHECR谱和成分可以用宇宙线总能量${\mathcal E}_{\rm cr}\sim10^{51}$ erg来解释。UHECR核的最大能量可达$\sim 10^{20}-{10}^{21}\rm~eV$。在0.1-1 EeV的范围内，源中微子的扩散通量被预测为$\sim 10^{-11} - 10^{-10}~{\rm GeV}~{\rm cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}~{\rm sr}^{-1}$，满足核存活边界。计算了相关的宇宙成因中微子通量，结果表明与源中微子通量相当，甚至更高。这些超高能中微子可以被终极探测器探测到，如巨型射电阿斯卡里安中微子探测器和极端多信使天体物理探测器。

天体物理喷流中的粒子加速

Particle acceleration in astrophysical jets

在这一章中，我们回顾了天体物理喷流中粒子加速的一些特征。我们首先描述四个观测结果有关的主题，特别强调在活动星系核和不同来源之间的平行喷流。然后，我们讨论的方式，粒子可以加速到高能量的磁化等离子体，主要集中在冲击加速，二阶费米和磁重联;在这个过程中，我们试图阐明的基本条件，必须满足任何机制的各种观测约束得到满足。我们描述了最大粒子能量的限制因素，并简要讨论了中微子和高能宇宙射线的多信使信号，然后描述的旅程射流等离子体从喷射发射到茧参考不同的加速机制。最后，我们对未来前景发表一些一般性评论。

TANAMI -活动星系的多波长和多信使观测

TANAMI - Multiwavelength and Multimessenger Observations of Active Galaxies

从射电噪声较大的活动星系核（AGN）中的超大质量黑洞附近发射的河外喷流是现代天文学和天体粒子物理学中的关键对象。活动星系核喷流携带着物质吸积到超大质量黑洞时释放的总引力能量的一小部分，是超高能宇宙射线和最近探测到的PeV能量的地外中微子的主要怀疑来源。TANAMI（用南方毫角秒干涉仪跟踪活动星系核）是一个监测南天活动星系核喷流的多波长计划。它将无线电波长的高分辨率成像和光谱监测与红外、光学/紫外、X射线和$γ$射线能量的高频观测相结合。我们回顾了最近的结果的TANAMI计划，突出活动星系核候选中微子发射体的IceCube PeV中微子事件的误差圆。

超高能宇宙射线的起源模型

Source models of ultrahigh-energy cosmic rays

该研究探讨超高能宇宙射线的潜在起源与加速机制，分析多种天体现象的贡献，提出剪切加速机制，指出未来多信使观测将助力完善相关认知。

相对论剪切流中粒子加速：系统效应和随机效应的相互作用以及AGN喷流中扩展高能发射的起源

Particle Acceleration in Mildly Relativistic Shearing Flows: the Interplay of Systematic and Stochastic Effects, and the Origin of the Extended High-energy Emission in AGN Jets

活动星系核（AGN）大尺度喷流中扩展X射线辐射的起源对传统的加速和辐射模型提出了挑战。虽然电子同步辐射被认为是最可行的辐射机制，但连续大尺度X射线结构的形成仍然是一个悬而未决的问题。由于天体物理射流预计将表现出一些湍流和剪切运动，我们在这里调查的剪切流的潜力，以促进延长粒子的加速，并评估其对所得粒子分布的影响。我们的处理结合了系统剪切和随机二阶费米效应。我们发现，对于适用于大规模活动星系核喷流的典型参数，随机二阶费米加速，它总是伴随着剪切粒子加速，可以发挥重要的作用，在促进整个过程中的粒子粒子加速。我们研究了随时间变化的粒子分布的存在下，二阶费米加速，剪切加速，和同步加速器的损失，使用一个简单的福克-普朗克方法，并提供插图可能出现的复杂的（多组分）粒子能量分布与不同的光谱分支。我们提出了适用于大规模活动星系核喷流的典型参数的例子，表明了理解扩展X射线发射和超高能宇宙射线起源的基本过程的相关性。

黑洞X射线双星的磁囚禁盘与相对论喷流的多信使辐射

Multi-messenger Emission by Magnetically Arrested Disks and Relativistic Jets of Black Hole X-ray Binaries

针对黑洞X射线双星多波长辐射起源与机制的争议，提出磁囚禁盘相对论粒子产生超高能伽马射线、喷流电子产生GeV伽马射线的场景，讨论亚PeV多信使信号观测前景并发现其或贡献银河系100 TeV以上弥漫辐射。

利用嵌入大尺度结构的黑洞喷流连接高能宇宙粒子

Linking High-Energy Cosmic Particles by Black-Hole Jets Embedded in Large-Scale Structures

超高能宇宙射线（UHECR）的起源是一个半个世纪的谜（Linsley 1963）。一个有趣的巧合加深了这个谜团：在能量的十个数量级上，UHECR，PeV中微子和各向同性亚TeV伽马射线的能量产生率是相当的，这暗示了一个大统一的图像（Murase and Waxman 2016）。在这里，我们报告说，强大的黑洞喷流聚集的星系可以提供所有这些现象的共同起源。一旦被喷流加速，限制在射电瓣中的低能宇宙射线就会被冷却;离开源的高能宇宙射线与磁化的星团环境相互作用，产生中微子和伽马射线;最高能量的粒子从主星团逃逸，并对观测到的100 PeV以上的宇宙射线做出贡献。该模型与观测到的UHECR的光谱，成分和各向同性是一致的，也解释了冰立方中微子和费米伽马射线背景的非耀变体成分，假设一个合理的能量输出从集群中的黑洞射流。

High-energy neutrino emission from magnetised jets of rapidly rotating protomagnetars

Relativistic jets originating from protomagnetar central engines can lead to long duration gamma-ray bursts (GRBs) and are considered potential sources of ultrahigh-energy cosmic rays and secondary neutrinos. We explore the propagation of such jets through a broad range of progenitors, from stars which have shed their envelopes to supergiants which have not. We use a semi-analytical spindown model for the strongly magnetised and rapidly rotating PNS to investigate the role of central engine properties such as the surface dipole field strength, initial rotation period, and jet opening angle on …

来自潮汐破坏事件的高能cosmic ray核：起源、生存和意义

High-energy cosmic ray nuclei from tidal disruption events: Origin, survival, and implications

超大质量或中等质量黑洞的潮汐破裂事件（TDE）被认为是超高能宇宙射线（UHECR）和高能中微子的候选源。皮埃尔俄歇天文台最近的测量，这表明在1000万能量的宇宙射线组成的金属丰富的动机，我们调查的命运UHECR核加载在TDE喷流。首先，我们考虑的生产和生存的UHECR核在内部冲击，外部正向和反向冲击，和非相对论风。基于Swift J1644+57的观测结果，我们证明了UHECR可以经受外部反向和正向冲击以及盘风的影响。另一方面，UHECR核显着解体的内部冲击，虽然他们可以生存的低光度TDE喷流。假设UHECR核可以生存，我们认为不同的组合物模型的TDE的影响。我们发现，主序星或碳氧白矮星的潮汐破坏不能成功地再现UHECR观测，即所观察到的成分或光谱。观测到的簇射最大值的平均深度及其偏差可以用氧-氖-镁白矮星来解释，但它们可能太稀少而不能成为UHECR的来源。

活动银河核内部喷流的弥散中微子强度：外部光子场和Blazar序列的影响

Diffuse Neutrino Intensity from the Inner Jets of Active Galactic Nuclei: Impacts of External Photon Fields and the Blazar Sequence

我们研究了射电噪活动星系核（AGN）内部喷流中的高能中微子产生，考虑了外部光子场和耀变体序列的影响。我们发现，由此产生的扩散中微子强度主要由类星体托管耀变体，特别是，平谱射电类星体，PeV-EeV中微子生产由于光强子与宽线和尘埃辐射的相互作用是不可避免的，如果AGN内喷流是超高能宇宙射线（UHECR）源。它们的中微子光谱在PeV能量附近具有截止特征，因为目标光子是由于Ly $α$发射。由于尘埃环提供的红外光子，能量高于PeV的中微子光谱很难与冰立方的数据相一致，除非质子光谱指数比2.5更陡，或者质子的最大能量是$\lesssim100$ PeV。因此，简单模型难以解释IceCube数据。如果耀变体的累积中微子强度超过$\sim{10}^{-8}~{\rm GeV}~{\rm cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}~{\rm sr}^{-1}$，那么它们的局部宇宙射线能量产生率将是局部UHECR发射率的$\sim10-100$倍，但与平均伽马射线耀变体发射率相当。有趣的是，未来的探测器，如Askaryan射电阵列，即使在更保守的情况下也可以探测到$\sim0.1-1$ EeV中微子，这使我们能够间接地测试UHECR产生于内部喷流的假设。我们发现射电噪活动星系核的散射中微子强度主要由γ射线光度为$\gtrsim10^{48}~{\rm erg}~{\rm s}^{-1}$的耀变体控…

作为超高能cosmic ray核源的低光度伽马射线暴

Low-luminosity gamma-ray bursts as the sources of ultrahigh-energy cosmic ray nuclei

皮埃尔·俄歇合作组织最近的结果表明，超高能宇宙射线（UHECR）的成分随着能量的增加而逐渐变重。虽然伽马射线暴（GRB）是UHECR的有希望的来源，但由于其喷出的UHECR的核组成未知，因此它们是否能解释俄歇结果仍不清楚。在这项工作中，我们重新审视的可能性，低亮度伽玛暴（LL伽玛暴）作为源的UHECR核，并给出新的预测的基础上的intragjet核成分模型考虑祖依赖性。我们发现，射流中的核成分可以分为两组，根据硅核的质量分数，无硅和富硅。出于LL伽玛暴和相对论超新星之间的联系，我们还考虑了超新星喷出物的成分。然后，我们讨论了UHECR核在喷流底部和喷流内部激波中的存活性，并指出对于典型的LL暴，核更容易存活。最后，我们数值传播的UHECR核从LL伽玛暴喷射不同的组成模型，并比较所得的光谱和组成的俄歇数据。我们的研究结果表明，无论是富硅的祖先和超新星喷出物模型匹配俄歇数据很好，而无硅的祖先模型有更多的困难，在拟合光谱。我们认为，我们的模型与新报道的超高能对撞机和星暴星系之间的互相关是一致的，因为LL伽玛暴和超超新星都有望成为恒星形成活动的示踪物。LL GRB也被认为是PeV范围内IceCube中微子的主要来源，而UHECR的LL GRB起源可以通过不久的将来的多信使观测进行严格的测试。

微类星体残骸作为PeV宇宙射线的储备库

Microquasar remnants as reservoirs of PeV cosmic rays

本文提出微类星体残骸可能作为PeV宇宙射线储备库的观点，通过分析喷流-茧状结构模型，探讨其在解释LHAASO未识别源中的作用。

双中子星并合作为最高能宇宙射线的来源

Binary neutron star mergers as the source of the highest energy cosmic rays

本文提出超高能宇宙射线源于双中子星并合，其引力驱动发电机产生的喷流因BNS质量范围狭窄而几乎相同，从而解释了UHECRs的狭窄刚度范围，并指出超100 EeV的UHECRs为$r$-过程核，且预测10 PeV以上中微子与引力波存在重合。

高能宇宙粒子间的多信使联系

Multi-Messenger Connections among High-Energy Cosmic Particles

高能宇宙中微子的起源是天体粒子物理学中最大的谜团之一。高能中微子、超高能宇宙射线和GeV-TeV伽马射线的扩散强度都相当，这一事实表明，这些信使在物理上是相互联系的。高于100 TeV能量的IceCube数据可以自然地用宇宙射线库模型来解释。特别是，星暴星系和星系团/星系群是宇宙射线的天然储藏室，理论上预测这些源是通过非弹性pp相互作用产生的高能中微子和伽马射线的有希望的场所。事实上，在发现冰立方中微子之前所做的预测与目前在冰立方中测量的高能中微子数据是一致的，它们可以给出亚PeV中微子、亚TeV伽马射线和超高能宇宙射线的统一观点。这些统一模型具有强大的预测能力，可以通过下一代中微子探测器（如IceCube-Gen 2）以及伽马射线望远镜（如CTA）进行测试。最近的观测还表明，10-100 TeV的扩散中微子通量高于PeV能量，这表明它们来自不同类型的中微子源。与费米测量的弥散各向同性伽马射线背景的详细比较表明，这些中等能量的中微子很可能来自隐藏的宇宙射线加速器，中微子可以在GeV-TeV伽马射线衰减时逃逸。候选源类是扼流伽马射线暴喷流和活动星系核（AGN）核心。特别是，活动星系核日冕模型预测了10-100 TeV中微子和MeV伽马射线之间的独特联系，这可以通过未来的MeV伽马射线任务（如AMEGO）进行可靠的测试。

草帽星系作为最高能量宇宙射线加速器的证据

Evidence for the Sombrero Galaxy as an Accelerator of the Highest-Energy Cosmic Rays

基于皮埃尔·奥格天文台17年数据，发现草帽星系与超高能宇宙射线多重态存在显著空间关联，为活跃超大质量黑洞作为最高能量宇宙射线来源提供关键证据。

射电宁静活动星系核作为超高能宇宙射线的可能来源

Radio Quiet AGNs as Possible Sources of Ultra-high Energy Cosmic Rays

活动星系核（AGN）是超高能宇宙射线（UHECR）的最广泛讨论的来源之一。皮埃尔俄歇天文台（PAO）最近的观测结果表明，~10^{18.5} eV以上的超高能电子回旋共振可能向重核方向发生成分变化。我们在这里表明，如果确实UHECR主要是重核，那么附近的无线电安静活动星系核也可以是UHECR的可行来源。我们推导出的加速网站，使UHECR加速到10^{20} eV，而不遭受损失的限制。我们表明，加速的UHECRs和高能量重核的生存是可能的，在秒差距尺度的弱喷流，通常观察到在这些对象，主要的能量损失通道是光致蜕变。在这个尺度上，预期由射流内部或射流与周围物质的相互作用产生的冲击波引起的能量耗散，这可能将粒子加速到非常高的能量。我们讨论了射电宁静活动星系核对观测到的UHECR通量的可能贡献，并表明单个天体在UHECR中所需的能量产生率可能低至~ 3*10^{39} erg/s，这小于测热光度的1%，因此在能量上是一致的。我们讨论了这个模型的后果，主要的一个是难以检测高能次级粒子（γ射线和中微子）从同一来源。

极高能伽马射线发射与黑洞-喷流系统相关

Ultrahigh-Energy Gamma-ray Emission Associated with Black Hole-Jet Systems

研究发现微类星体通过高能伽马射线发射，表明黑洞及其环境能高效加速粒子，对银河宇宙射线有重要贡献。

利用费米（Fermi）观测对明亮伽马射线暴中宇宙射线加速的约束

Constraints on Cosmic Rays Acceleration in Bright Gamma-ray Bursts with Observations of Fermi

本研究利用Fermi-LAT观测数据，对12个明亮伽马射线暴的重子负载因子等喷流参数施加约束，得到多数暴$η_p<10$的强结果，可用于检验伽马射线暴作为超高能宇宙射线源的模型。

揭示微类星体隐藏核心的多信使辐射

Unveiling Multimessenger Emission from Hidden Cores of Microquasars

研究利用AMES模拟微类星体多信使辐射，揭示其高能伽马射线起源及中微子通量抑制，探讨不同区域配置对观测特征的影响。