Effect of turbulent reacceleration on electrons produced by dark matter annihilation in the Coma cluster
本文研究了后发座星系团中暗物质湮灭产生的电子的再加速效应。我们使用一个简化的唯象模型来描述双折射效应，并探讨了一个有限的子集的三种可能的DM模型的中性伴子具有不同的质量和湮灭通道。我们发现，对于天体物理物体中Fermi-LAT测量发现的上限量级的湮灭截面值，以及由于DM子结构而产生的增强因子的保守值，由于湍流而产生的再加速可以增强由DM产生的电子产生的射电发射，达到后发座射电晕观测通量的水平，在相对较短的时间内进行中等强度的再加速。因此，我们的结论是，即使它是不可能区分本文中获得的拟合，因为在无线电通量数据中存在的散射，由DM湮灭产生的电子可以是可能的种子电子的再加速，以及次级电子的强子起源。这两类模型之间的一个可能的判别是在伽马射线带中产生的通量，在DM起源的电子的情况下，应该比目前的费米-LAT上限小两个数量级以上，而在强子的情况下，预期的伽马射线通量应该接近目前的上限值。
2019-06-28 astro-ph.HE
Giant radio relics in galaxy clusters: reacceleration of fossil relativistic electrons?
在星系团外围的许多明亮的射电遗迹具有较低的推断马赫数，违背了激波加速理论和日光层观测的预期，即相对论粒子的注入效率在低马赫数时直线下降。通过一系列的宇宙学模拟，我们跟踪了星系团组装过程中宇宙线电子的扩散激波加速、辐射冷却和库仑冷却。我们发现了大量的化石电子。当在激波中再加速（通过扩散激波加速）时，它们在强激波中与直接注入竞争，在弱激波（马赫数< 3）中以多个数量级占压倒性优势，这在星团外围占绝大多数。它们的相对重要性取决于冷却物理学，并且对所使用的冲击加速模型是鲁棒的。虽然化石的丰度可以变化约10倍，但典型的再加速化石群具有与观测非常一致的射电亮度。1 < gamma < 100（10 < gamma < 10^4）的化石电子为强（弱）冲击下的再加速提供了主要的种子;我们的模拟表明，这些都很好地解决了。我们构建了一个简单的自相似分析模型，假设稳定的最近注入和冷却。它与我们的模拟吻合得很好，允许快速估计和物理洞察分布函数的形状。我们预测，LOFAR应该找到更多的明亮的陡谱射电遗迹，这是不一致的直接注入。不考虑化石宇宙射线电子将导致关于弱冲击下粒子加速性质的错误结论;它们来自于众所周知的物理过程，不能被忽视。
2013-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Testing Secondary Models for the Origin of Radio Mini-Halos in Galaxy Clusters
我们提出了一个MHD模拟的射电微晕出现在一个星系团核心的“二次”模型，其中的同步辐射发射电子的来源是宇宙射线质子与热的团内气体，一个替代的“再加速模型”，宇宙射线电子被再加速引起的核心晃动，我们在早期的工作中讨论的湍流之间的强子相互作用。我们遵循宇宙射线电子光谱的演变和它们的无线电发射使用被动示踪粒子，考虑到电子的强子相互作用和它们的能量损失的时间依赖性注入。我们发现，在晃动的星系团核心中的次级电子可以产生与观测到的射电微晕相似的光度和范围的弥散同步辐射。然而，我们也发现与我们以前的工作的重要差异。我们发现，在冷锋的无线电发射的下降是不那么突出，比在我们的再加速为基础的模拟，表明在这种风味的二级模型的排放空间扩展比在一些观察到的迷你晕。我们还探讨了磁场的快速变化对无线电频谱的影响。虽然在某些区域产生的光谱比稳定条件下的预期更陡，但变化是边际的，同步加速器光谱指数$Δα$的差异< 0.15-0.25，取决于频带。这个范围比观测最好的小晕和再加速模型中产生的范围要窄得多。我们的研究结果提供了重要的建议，以限制这些模型与未来的观察。
2015-02-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Testing the Connection Between Radio Mini-Halos and Core Gas Sloshing with MHD Simulations
无线电迷你晕是与松弛星系团有关的扩散、陡谱同步辐射源。对一些小晕源的观测表明，无线电发射和气体晃动的X射线特征（冷锋）之间存在相关性。“一些作者认为，与晃动运动相关的湍流会使相对论电子重新加速，导致与锋面相关的发射。我们提出了磁流体模拟的核心气体晃动的星系团，在那里我们测量这些运动所产生的湍流，并采用被动示踪粒子作为相对论电子，可以加速这种湍流。我们的初步结果支持晃动运动和粒子再加速之间的联系。
2011-02-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Particle Reacceleration by Turbulence and Radio Constraints on Multi-Messenger High-Energy Emission from the Coma Cluster
本文通过数值求解含径向扩散的Fokker–Planck方程研究湍流再加速，并结合射电与伽马射线观测约束后发座星系团的宇宙线分布及高能辐射。
2024-09-09 astro-ph.HE
Probing the origin of giant radio halos through radio and gamma-ray data : the case of the Coma cluster
我们结合所有可用的信息的光谱形状和形态的后发座星系团的射电晕的γ射线上限获得的费米-LAT和来自法拉第旋转措施（RM）的磁场强度。我们探讨了射电晕是由于团簇内介质（ICM）中p-p碰撞产生的次级电子的同步辐射的可能性。首先，我们研究纯次级模型的情况。我们使用观测到的晕的射电亮度的空间分布来约束模型所需的集群中的宇宙射线（CR）的量及其空间分布。在正则假设的光谱的CR是一个幂律的动量和秒的频谱是固定的，我们发现，组合的陡峭的光谱的CR必要的解释晕的频谱和他们非常广泛的空间分布（和大能量密度）的结果在伽马射线发射超过目前的限制，除非集群磁场是足够大。然而，这样的字段似乎与来自RM的约束不一致。其次，我们研究了基于次级粒子的更复杂的模型，其中CR质子和它们的次级粒子都被MHD湍流再加速。我们表明，在这些条件下，它是可以重现的无线电数据和预测的伽马射线与费米-LAT限制，没有紧张的集群磁场的约束。如果湍流和磁场的能量密度都与ICM成比例，那么MHD湍流对二次流的再加速也需要比ICM更平坦的CR空间分布。然而，更广泛的湍流和场的空间分布和/或ICM中额外初级电子的再加速大大缓解了这一要求。
2012-08-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Turbulence and Particle Acceleration in Giant Radio Halos: the Origin of Seed Electrons
大约1/3的X射线发光星系团在~Mpc尺度上表现出平滑的、非偏振的射电辐射，被称为巨射电晕。射电晕的一个有希望的模型是由团内介质（ICM）的湍流对种子相对论电子的费米-II加速;库仑损耗禁止来自热池的加速。然而，种子电子的起源从未被充分探索过。在这里，我们整合的宇宙线（CR）的电子和质子分布的福克-普朗克方程的宇宙学模拟的团簇形成。对于标准的假设，结构形成冲击导致种子电子人口产生过于集中的无线电发射。相反，我们提出了三个现实的情况下，每一个都可以重现在后发座星系团中观察到的空间平坦的无线电发射：（1）注入的湍流能量密度热热能密度的比率显着增加半径，在宇宙学模拟。这产生平坦的无线电轮廓，即使CR的种子种群随着半径而陡峭。(2)高能CR质子的自约束可能是低效的，当ICM相对静止时，CR质子可能以阿尔芬速度流到集群外围。空间上平坦的CR质子分布发展并产生所需的次级种子电子群。(3)CR质子到电子的加速效率K_ep ~ 0.1被假定为大于我们的银河系（K_ep ~ 0.01），这是由于激波处的磁几何结构。由此产生的初级电子占主导地位。由于与次级电子相比，它们的密度依赖性较弱，这些初级电子也可以重现射电观测。这些竞争的非平凡的解决方案提供了在高β ICM的非热过程的精辟的探针。
2015-03-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
The First Massive Black Hole Seeds and Their Hosts
我们研究了高红移星系中第一个大质量黑洞的形成，目的是提供关于哪些星系有或没有大质量黑洞的见解。在SPH+ N体宇宙学模拟中，我们采用了一种新的方法在星系晕中形成种子黑洞。大质量黑洞种子的形成直接取决于局部气体密度、温度和金属丰度，并受大质量黑洞形成的物理模型的激励。我们探讨种子黑洞人口作为晕质量和红移的函数，并研究如何改变大规模黑洞种子形成的效率影响黑洞和它们的主机之间的关系。种子黑洞倾向于形成质量在10^7 ~ 10^9 Msun之间的晕，由于金属在星系际介质中的扩散，在z = 5附近的形成速率受到抑制。我们发现大质量黑洞的形成时间和黑洞的占有率是宿主晕质量的函数。当z = 5时，质量M_halo > 3 x 10^9 Msun的晕拥有大质量黑洞，而与种子形成效率无关，而较小晕的占据分数随着黑洞形成效率的增加而增加。我们的模拟解释了为什么大质量黑洞会出现在一些无球星系和矮星系中，但我们也预测它们在低质量系统中的出现会越来越罕见。
2011-09-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Another shock for the Bullet cluster, and the source of seed electrons for radio relics
与澳大利亚望远镜紧凑阵列的观测，我们发现一个高度细长的Mpc尺度的扩散射电源的子弹集群1 E0657 -55.8，我们认为具有的位置，光谱和偏振特性的射电遗迹的东部外围。这个强大的遗迹（2.3+/-0.1 x 10^25 W Hz^-1）由一个明亮的北方灯泡和一个微弱的线性尾巴组成。该灯泡发射出观测到的无线电通量的94%，并具有任何已知遗迹中最高的表面亮度。与线性尾部完全一致，我们在星团的钱德拉深像中发现了一个尖锐的X射线表面亮度边缘-这是热星团内介质（ICM）中激波前沿的特征，位于星团的另一侧，与著名的弓形激波相反。这个X射线冲击波与遗迹重合的新例子进一步支持了这样一个假设，即星团外部区域的冲击波可以通过扩散冲击波（再）加速形成遗迹。有趣的是，我们的新遗物表明，再加速的种子电子来自射电星系的局部残余，我们很幸运在它完全分裂之前抓住了它。如果这种情况下，当冲击穿过被老化的相对论等离子体污染的ICM的明确区域时，遗迹形成-与通常的假设相反，种子均匀地混合在ICM中-也是其他遗迹的情况，这可能解释外围遗迹的一些特殊性质。
2016-03-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Non-Equilibrium Relativistic Core Collapse of Self-Interacting Dark Matter Halos -- Limits On Seed Black Hole Mass
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学天文与天体物理研究所）；Beijing Normal University（北京师范大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文研究了自相互作用暗物质晕的非平衡相对论性核心坍缩，探讨了种子黑洞质量的限制，结合广义相对论效应，揭示了黑洞形成机制中的关键因素。
2026-04-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On the Prevalence of Super-Massive Black Holes over Cosmic Time
研究了原始星系晕中超大质量黑洞种子的丰度。我们探讨的假设，暗物质晕超过临界晕质量M_c有一定的概率p已经产生了SMBH种子。目前对本地中等质量星系的观测限制了这些参数：对于$M_c=10^{11}M_\odot$，所有的晕都必须被播种，但是当采用较小的M_c质量时，播种的效率要低得多。这些限制也降低了局域和高红移宇宙中黑洞的数量密度。z~6类星体的空间密度取决于它们的典型晕质量，而晕质量可以通过计算附近的Lyman Break Galvanes和Lyman Alpha Emitter来限制。对于这两个观测值，我们的模拟表明，单场预测太多样化，使明确的声明，在文献中的混合索赔协议。如果类星体不局限于最大质量的宿主晕，它们可能只占SMBH总体的一小部分（约10^-5）。最后，我们从SMBH合并产生了广泛的引力事件的预测。我们定义了一个新的LISA诊断图来测量SMBH空间密度和晕并与黑洞并合之间的典型延迟。虽然以前的工作已经探讨了具体的情况下，我们的结果保持独立的种子机制，种子质量，遮蔽，加油方法和占空比。
2019-01-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbulence and Particle Acceleration in Giant Radio Haloes: the Origin of Seed Electrons
大约1/3的X射线发光星团显示出平滑的、Mpc尺度的射电辐射，被称为巨型射电晕。射电晕的一个有希望的模型是费米-II加速种子相对论电子的可压缩湍流。这些种子电子的起源从未被充分探索过。在这里，我们集成的宇宙线（CR）的电子和质子分布的福克-普朗克方程后处理宇宙学模拟的团簇形成，并面对他们与无线电表面亮度和光谱数据的后发座。对于标准的假设，结构形成冲击导致种子电子人口产生过于集中的无线电发射。匹配观测需要修改CR粒子群的性质（快速流动;在激波时增强CR电子加速）或湍流（随半径增加的热能-热能密度），但代价是微调。在参数研究中，我们发现无线电特性对湍流的振幅是指数敏感的，这与标度关系中的小散射不一致。如果我们把加速时间与湍流耗散时间联系起来，这种敏感性就消除了。在这种情况下，高于阈值的湍流提供了固定量的扩增;因此，观察结果可能会限制未知的CR种子群体。为了获得足够的加速度，湍流磁流体动力学级联必须通过CR上的渡越时间阻尼来终止，即，热粒子必须被等离子体不稳定性散射。了解小散射的射电晕标度关系可能会提供一个丰富的来源洞察等离子体过程的集群。
2016-11-22 astro-ph.HE
Feedback Limits to Maximum Seed Masses of Black Holes
在宇宙中观测到的质量最大的黑洞的质量可达$\sim 10^{10} \, \mathrm{M_{\odot}}$，几乎与红移无关。达到这些最终的质量可能需要大量的增生和几个主要的合并。采用动力学的方法，这取决于一个新的，相关的物理尺度-过渡半径所扮演的角色-我们提供了一个理论计算的最大质量可实现的黑洞种子，形成在一个孤立的晕，一个几乎没有合并。在过渡半径和它们对孤立晕中的吸积演化的影响，我们能够获得新的限制允许的增长。我们发现，大的黑洞种子（$M_{\bullet} \gtrsim 10^4 \, \mathrm{M_{\odot}}$）托管在小的孤立晕（$M_h \lesssim 10^9 \, \mathrm{M_{\odot}}$）吸积相对较小的辐射效率（$ε\lesssim 0.1$）在这些情况下生长最佳。此外，我们表明，在$z \sim 0$观察到的标准$M_{\bullet}-σ$关系不能建立在孤立的晕在高$z$，但需要发生合并。由于在$z \gtrsim 10$形成的黑洞的平均极限质量在$10^{4-6} \, \mathrm{M_{\odot}}$的范围内，我们希望在本地星系中观察到它们作为中等质量黑洞，当托管在罕见的晕中时，只经历了轻微的或没有合并事件。这种古老的黑洞，在孤立的情况下形成，随后几乎没有增长，可以存活下来，几乎没有变化，直到现在。
2017-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Massive black hole seeds born via direct gas collapse in galaxy mergers: their properties, statistics and environment
我们研究了在富含气体的晚型星系合并过程中形成的大质量黑洞种子的统计和宇宙演化。概括Mayer等人2010年的流体模拟结果，我们设想了一个场景，在这个场景中，一颗超大质量恒星可以在星系的中心形成，这些星系由于多尺度的强大气体流入而刚刚经历了一次大合并，前提是这些星系生活在质量超过10^{11} Msun的晕中，富含气体和盘状主导，并且还没有大质量黑洞。我们假设超大质量恒星的最终坍缩导致在准恒星阶段之后迅速形成一个10^5 Msun的黑洞。使用模型的星系形成应用到千年模拟的输出，我们表明，这种大规模的黑洞形成路线发生在和谐LambdaCDM模型所需的条件实际上是常见的高红移，甚至可以实现在低红移。在质量大于10^{11} Msun的晕中，z~4以上的大多数主要合并可以导致大质量种子的形成，在z~2处，有利合并的比例减少到大约一半。有趣的是，我们发现即使在局部宇宙中，大质量晕中的一小部分（~20%）主要合并仍然满足我们的大质量黑洞形成路线的条件。这些晚期事件发生在具有明显低的集群幅度的星系中，这些星系在其生命的大部分时间里都处于孤立状态，并且第一次经历了重大的合并。我们预测，来自星系合并的大质量黑洞种子可以在高红移（z>4）和中等红移（z~2）的质量函数的大质量端占主导地位，相对于在高红移形成的较轻的种子，例如，由Pop III星的崩溃。最后，这些巨大的种子的一小部分可能在形成后不久就位…
2012-11-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Nonthermal phenomena in the center of Abell 1775: An 800 kpc head-tail, revived fossil plasma and slingshot radio halo
星系团中心的热气体可以显示出大量的运动，产生表面亮度和温度的不连续性，称为冷锋。这些运动可能是由较小的或离轴的合并所触发的，这些合并保持了系统的冷核心。热气体的动力学也可以从团内介质（ICM）中产生射电辐射，并影响团簇射电源的演化。我们的目标是研究阿贝尔1775，一个系统在一个模糊的动力学状态在$z=0.072$，这是已知的主机扩展的头-尾射电星系的中心区域，与调查在其中心的热和非热组件之间的连接的目标。我们利用了深（100千）钱德拉观测伴随着LOFAR 144 MHz，GMRT 235 MHz和610 MHz，和VLA 1.4 GHz的无线电数据。我们发现一个螺旋状的图案，在X射线表面亮度，反映在温度和伪熵地图。此外，我们描述了一个弧形冷锋在ICM。我们解释这些功能的上下文中的弹弓气体尾巴的情况下。头尾射电星系的结构在冷锋的位置“断裂”，显示出只有在低频才能检测到的延伸，可能是由于其陡峭和弯曲的光谱。我们推测，粒子再加速发生在这个尾巴的外部区域，这在总覆盖了$\sim800$千秒差距的投影大小。我们还报告了发现复活化石等离子体与超陡频谱无线电发射的集群核心连同中央弥漫的无线电源，是弧形冷锋的边界。在这项工作中报告的结果表明，在集群中心的热和非热组件之间的相互作用，并在不同尺度上的ICM正在进行的粒子再加速的存在。
2021-05-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Wandering Black Holes in Bright Disk Galaxy Halos
我们进行SPH+ N体宇宙学模拟的大质量盘星系，包括黑洞种子的形成和增长的形式主义，并发现，卫星星系含有超大质量黑洞种子往往被剥离，因为它们与主星系合并。这些事件自然地产生了一群“游荡”的黑洞，它们是被剥离的卫星核心的残余物;像银河系这样的星系可能在它们的光环中拥有5 - 15个这样的物体。拥有黑洞种子的卫星可以与本星系群矮星系相媲美，例如小麦哲伦云和大麦云云;这些星系是附近中等质量黑洞的有希望的候选者。假设这些游荡的黑洞保留了来自其宿主矮星系的气态吸积盘，它们对最近发现的一些离核超亮X射线源（如HLX-1）的起源和观测特性给出了物理解释。
2010-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The seeding of cosmic ray electrons by cluster radio galaxies: a review
本文综述星系团射电星系中的磁场与非热粒子在星系团弥漫射电辐射形成中的作用相关观测和理论研究进展，并指出该领域的待解决问题。
2024-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A Dark-matter Origin of Little Red Dots: Early Seeding and Super-Bondi Accretion
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；Beijing Normal University（北京师范大学）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）
本研究提出自相互作用暗物质的引力热坍缩可早期产生黑洞种子，并通过超邦迪吸积驱动其成长为超大质量黑洞，从而解释小红点的异常性质，为暗物质微观物理提供新探针。
2026-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Radio Relics and Halo of El Gordo, a Massive $z=0.870$ Cluster Merger
我们提出了610 MHz和2.1 GHz的成像的大规模的SZE选择的z=0.870集群合并ACT-CL J 0102 -4915（埃尔戈多），获得与GMRT和ATCA，分别。我们检测到两个复合体的无线电遗迹分离3.4'（1.6兆秒差距）沿系统的西北到东南碰撞轴，具有高集成极化（33%）和陡峭的光谱指数，符合创建通过费米加速的冲击ICM。根据残骸的谱指数，计算出其马赫数为2.5^{+0.7}-0.3}，激波速度为2500^{+400}-300} km/s。利用我们的ATCA数据，我们计算了横跨NW遗迹的法拉第深度，发现平均值为11 rad/m^2，标准差为6 rad/m^2。通过新的Chandra观测得出的综合视线气体密度，我们的法拉第深度测量表明星系团外围的B_parallel~0.01 μG。遗迹中极窄的激波宽度（<23 kpc）使我们无法使用冷却时间参数对|B|施加有意义的约束。除了遗迹外，我们还探测到一个大的（1.1 Mpc半径），强大的（log L_1.4[W/Hz]= 25.66+-0.12）具有子弹状形态的射电晕。晕的光谱指数图显示，同步辐射光谱在遗迹附近、沿碰撞轴和高T_气体区域最平坦，所有这些位置都与最近的能量注入有关。晕发射和集群X射线属性之间的空间和光谱相关性支持初级电子过程，如湍流再加速作为晕生产机制。该晕的610 MHz至2.1 GHz的综合光谱指数为1.2…
2014-03-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Massive black holes lurking in Milky Way satellites
随着大质量黑洞（MBH）从低质量的种子中成长，人们很自然地认为，在现在的宇宙中也应该存在一批遗留下来的MBH。矮星系经历了一个安静的合并历史，因此，我们预计，在本地宇宙中观察到的矮保留一些“记忆”的原始种子质量分布。因此，附近矮星系中MBH的性质可能提供MBH形成效率的清晰指标。为了研究矮星系中MBH的性质，我们演化了从高红移到今天的银河系晕中不同的MBH种群。我们认为两个合理的MBH形成机制：“大规模的种子”形成通过气体动力学不稳定性和人口III残留的种子模型。“巨大的种子”比PopIII残留物质量更大，但在更罕见的宿主中形成。我们动态地发展与中央系统合并的所有晕，考虑到相互作用如何修改卫星，剥离它们的外部质量层。我们计算不同属性的MBH人口托管在这些卫星。我们发现，在大多数情况下，MBH保留了原始质量，从而提供了一个明确的指示种子的属性是什么。我们推导出z=0时卫星群的黑洞占有率（BHOF）。作为“大质量种子”产生的MBH质量很大，这有利于它们的识别，但它们典型的BHOF总是低于40%，对于观测到的矮星系大小，则会降低到不到40%。相比之下，人口III残留物具有较高的BHOF，但它们的质量自形成以来没有增长太多，抑制了它们的检测。
2010-06-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Heavy Seed Black Hole Growth in Metal-Enriched Halos through Disk-Induced Stellar Disruptions: A Semi-Analytical Modelling
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；Tsinghua University（清华大学）
本研究通过半解析模型，发现金属增丰晕中盘诱导的星族I/II潮汐瓦解事件可主导重种子黑洞早期增长，使质量在0.1 Gyr内从约1e4太阳质量增至约1e5太阳质量，缓解高红移黑洞候选体的质量张力。
2026-09-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Extended radio emission in and around the merging cluster A520 as seen by MeerKAT
U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；National Radio Astronomy Observatory（国家射电天文台）；South African Radio Astronomy Observatory（南非射电天文台）；NASA/Goddard Space Flight Center（NASA/戈达德太空飞行中心）；INAF - Istituto di Radioastronomia（意大利国家天体物理研究所射电天文研究所）；Università di Roma Tor Vergata（罗马托维加塔大学）；INFN, Sezione di Roma 2, Università di Roma Tor Vergata（意大利国家核物理研究所罗马第二分部，罗马托维加塔大学）
本研究利用MeerKAT观测合并星系团A520，揭示其射电晕、射电尾、射电 relic及射电桥等延展射电辐射特征，为研究合并星系团的宇宙射线再加速等物理机制提供了关键观测证据。
2026-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Turbulence and Radio Mini-halos in the Sloshing Cores of Galaxy Clusters
一些松弛的冷核星系团在其中心区域显示出弥散的、陡谱的射电源，被称为无线电迷你晕。有人提出，负责发射的相对论性电子已经被冷却的核心气体晃动产生的湍流重新加速。我们提出了一个高分辨率的MHD模拟气体晃动的星系团加上亚网格模拟的相对论电子加速来验证这一假设。我们的模拟表明，晃动运动产生的湍流的数量级为$δ{v} \sim$ 50-200 km s $^{-1}$上的空间尺度为$\sim$ 50-100 kpc和以下的冷芯区域内的包络的晃动冷锋，而外面的冷锋，有可以忽略不计的湍流。这种湍流可能足够强，可以通过磁声波的阻尼和非共振压缩将相对论电子种子（具有初始$γ\sim 100-500$）再加速到$γ\sim 10^4$。种子电子可以保留在簇中，例如，活动星系核的活动与核心中的磁场放大相结合，这些电子然后产生与晃动冷锋所限定的区域一致的漫射无线电同步辐射，正如在X射线和无线电中所观察到的那样。结果适用于不同的初始空间分布的预先存在的相对论电子。功率和陡峭的频谱指数（$α\approx 1-2$）所产生的无线电发射与观测的小晕是一致的，虽然理论上的不确定性的加速机制是很高的。我们还产生了模拟地图的逆康普顿硬X射线发射从同一人口的相对论性电子。
2012-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Turbulent Cold Flows Gave Birth to the First Quasars
由超大质量黑洞（SMBHs）提供能量的类星体是如何在宇宙大爆炸后不到10亿年形成的，在它们被发现$^{1-4}$ 20年后，仍然是天体物理学中悬而未决的问题之一。宇宙学模拟表明，如果这些类星体在出生时是10 $^4$ - 10 $^5$ M $_{\odot}$，但无法解决它们的形成$^{5-8}$，那么在低切变环境中，罕见的冷流会聚在原始晕上可能会创造这些类星体。对原始类星体的祖先晕的半分析研究发现，它有利于形成这样的种子，但无法验证是否真的出现了$^9$。在这里，我们表明，在罕见的强，冷吸积流收敛的光环创建大量的BH种子，而不需要紫外线背景，超音速流运动，甚至原子冷却。冷流在晕中驱动剧烈的超音速湍流，阻止恒星形成，直到它达到一个质量，触发突然的灾难性重子坍缩，形成31，000和40，000 M $_{\odot}$恒星。这个简单而强大的过程确保了能够通过z $>$ 6形成类星体的晕产生大量的种子。因此，第一批类星体是冷暗物质宇宙学中结构形成的自然结果，而不是之前认为的$^{10-14}$那样的外来的、微调的环境。
2022-07-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Heavy black hole seed survivors in dwarf galaxies: a case study of Leo I
Columbia University（哥伦比亚大学）；Harvard University（哈佛大学）；Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森尼天体物理中心）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学与技术研究所）
本文通过蒙特卡洛并合树模拟类银河系晕及其卫星，研究矮星系狮子座 I 是否可能拥有重种子黑洞后代，发现重种子幸存者比例随激活温度降低而显著升高，表明狮子座 I 或可成为区分超大质量黑洞形成机制的关键案例。
2025-11-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Secondary Production as the Origin for the Cosmic Ray Positron Excess
阿尔法磁谱仪已经发布了宇宙射线的高精度数据，并证实了相对于星际介质中宇宙射线相互作用的预期，正电子过量。一个令人兴奋的和众所周知的可能性过剩是生产的电子-正电子对的湮灭暗物质粒子在晕的银河系。基于2000年SMILI实验结果和其他天体物理观测结果，我们构建了一个新的宇宙射线传播的设想，其中正电子过剩是由于次级产生。从一个简单的启发式的角度来看，该方案进行了研究，并在使用GALPROP的扩散再加速模型的约束。每种方法的结论彼此一致，表明该方案与观测到的正电子通量一致，而不需要任何暗物质或其他外来的生产机制。
2016-01-05 astro-ph.HE
Galactic electron and positron properties from cosmic ray and radio observations
我们执行一致的宇宙射线电子，正电子和银河系的无线电发射的建模。对于时间，我们重现所有相关的数据集之间的1 GeV和1 TeV，包括最近的AMS-02正电子分数的结果。我们表明，下面几个GeV的宇宙射线和无线电数据需要电子的主要频谱被大幅抑制和传播的频谱由次级粒子占主导地位。超过10 GeV的电子+正电子额外的组成部分与硬谱是必需的。低于几个GeV的正电子谱测量是一致的复制只有在低再加速模型。我们还限制宇宙射线分布的尺度高度，表明薄晕（$z_t \lsim 2 \kpc$）被排除在外。
2013-06-28 astro-ph.HE
High-energy neutrino constraints on cosmic-ray re-acceleration in radio halos of massive galaxy clusters
本研究利用IceCube的中微子观测上限，结合星系团族群模型计算大质量星系团的射电与中微子辐射，约束了巨射电晕再加速模型的参数空间及次级起源场景。
2023-07-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Early black-hole seeds in the first billion years
拥有十亿太阳质量的超大质量黑洞已经存在于第一个Gyr中，然而，在如此短的时间内，它们的起源和成长是非常具有挑战性的。本文讨论了早期黑洞种子的形成途径，指出了恒星起源的轻黑洞种子的极限，以及在特殊的原始条件下气体直接坍缩产生的重/大质量黑洞种子的预期特征。为了对可能的候选者和环境介质的作用得出结论，我们使用N体流体动力学模拟的结果，包括原子和分子非平衡丰度计算，冷却，恒星形成，反馈机制，恒星演化，SNII，AGB和SNIa中几种重元素的金属扩散，和多频辐射转移超过150个频率耦合到化学和SED发射的popII-I和popIII恒星源。标准的恒星起源的轻黑洞不太可能是早期超大质量黑洞的可靠种子，因为在现实的假设下，它们不可能在不到10亿年的时间内显著增长。另外，大质量黑洞的种子可能来自原始静止的小晕中原始气体的直接坍缩，这些小晕暴露在附近恒星形成区的恒星辐射下。形成这些重粒子所需的必要条件必须辅之以关于当地环境的复杂特征和化学演变与辐射转移之间的精细平衡的信息。
2020-06-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmological simulations of massive black hole seeds: predictions for next generation electromagnetic and gravitational wave observations
在结构形成的宇宙学模拟中，我们研究了超大质量黑洞的统计性质如何依赖于质量种子形成的频率和条件。我们开发了一种新的方法来重新计算详细的生长历史和合并树的黑洞的Illustris模拟的框架内的几个种子形成模型，包括一个物理动机的模型，黑洞种子只形成在祖星系，符合直接坍缩黑洞形成的条件。虽然这里考虑的所有种子模型是在一个广泛的协议与目前的观测约束黑洞人口从光学，紫外线和X射线的研究，我们发现，它们导致广泛不同的黑洞数密度和晕占据分数，目前观测不受约束。在未来的电磁波谱观测中，暗端类星体的光度函数和低质量端黑洞-宿主星系的标度关系对特定的质量种子处方非常敏感。具体而言，直接坍缩模型表现出播种效率迅速下降，宇宙时间和产生更少的黑洞在低质量星系，在原来的Illustris模拟。我们进一步发现，总的黑洞合并率的变化超过一个数量级的不同的种子模型，啁啾质量的红移演化的变化以及。超大质量黑洞合并探测与LISA和国际脉冲星定时阵列，因此可能提供最直接的手段，限制大质量黑洞种子形成的早期宇宙。
2021-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
