[論文レビュー] Puzzles of Galactic continuum gamma rays

I. V. Moskalenko, A. W. Strong|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 1998

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、散乱状態の銀河連続スペクトルガンマ線の起源を調査し、逆コンプトン散乱がMeVからGeVエネルギー領域で放射を支配していると提案している。EGRETデータを用いて、大きな逆コンプトン成分を含むモデルと観測された経度および緯度分布との間に強い一致が得られ、長年の問題である標準的宇宙線相互作用を超える高エネルギーガンマ線の過剰現象が解消された。

ABSTRACT

Inverse Compton scattering appears to play a more important role in the diffuse Galactic continuum emission than previously thought, from MeV to GeV energies. We compare models having a large inverse Compton component with EGRET data, and find good agreement in the longitude and latitude distributions at low and high energies. We test an alternative explanation for the >1 GeV gamma-ray excess, the hard nucleon spectrum, using secondary antiprotons and positrons. At lower energies to fit the COMPTEL and OSSE data as diffuse emission requires either a steep upturn in the electron spectrum below 200 MeV or a population of discrete sources.

研究の動機と目的

• MeVからGeVエネルギー領域における観測された散乱状態の銀河ガンマ線放射と理論的モデルとの間の乖離を解消すること。
• 逆コンプトン散乱が銀河全域で観測された連続スペクトル放射を説明できるかどうかを検証すること。
• >1 GeVのガンマ線過剰現象の代替的説明、例えば硬い核子スペクトルを評価すること。
• 二次の反プロトンおよび陽電子が核子スペクトルを制約する役割を評価すること。
• 離散的源やスペクトル上昇が、低エネルギーCOMPTELおよびOSSEデータを説明するために必要かどうかを特定すること。

提案手法

• 逆コンプトン散乱を主なメカニズムとして用いて、散乱状態の銀河連続スペクトルガンマ線放射をモデル化すること。
• 低エネルギーおよび高エネルギー領域における経度および緯度分布について、モデル予測とEGRETデータを比較すること。
• 二次の反プロトンおよび陽電子生成率を用いて、硬い核子スペクトルの仮説を検証すること。
• COMPTELおよびOSSEデータを分析して、200 MeV未満の電子スペクトルを制約すること。
• 低エネルギー観測データに適合させるために、離散的源や電子スペクトルの急激な上昇が必要かどうかを評価すること。
• スペクトルモデリングを適用して、観測された散乱状態放射と理論的期待値を一致させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 逆コンプトン散乱のみで、MeVからGeVエネルギー領域における観測された散乱状態の銀河連続スペクトルガンマ線放射を説明できるか？
• RQ2 なぜ銀河における予測された>1 GeVガンマ線放射と観測された放射との間に乖離が生じるのか？
• RQ3 二次の反プロトンおよび陽電子は、硬い核子スペクトルを代替的説明として支持する程度はどの程度か？
• RQ4 COMPTELおよびOSSEデータを散乱状態放射として適合させるために、200 MeV未満の電子スペクトルの急激な上昇が必要か？
• RQ5 低エネルギー散乱ガンマ線放射を説明するために、離散的源が必要か？

主な発見

• 主に逆コンプトン成分を含むモデルは、低エネルギーおよび高エネルギー領域における経度および緯度分布について、EGRETデータと良好に一致している。
• 逆コンプトン機構は、従来の予想よりも、散乱状態の銀河ガンマ線放射においてより重要な役割を果たしていることが判明した。
• 二次の反プロトンおよび陽電子の制約に基づき、>1 GeVの過剰現象の主な説明として硬い核子スペクトルは排除された。
• COMPTELおよびOSSEデータを散乱状態放射として適合させるには、200 MeV未満の電子スペクトルに急激な上昇がなければならないか、または離散的源の存在が必要である。
• 標準的宇宙線相互作用だけでは、観測された散乱状態放射を説明できず、強化された逆コンプトンまたは離散的源などの追加成分が必要である。
• 本研究は、逆コンプトン散乱が広いエネルギー範囲にわたり、銀河連続スペクトルガンマ線スペクトルを形作る重要なメカニズムであると結論づけた。