[논문 리뷰] The galactic center arc as source of high-energy gamma-rays

M. Pohl|arXiv (Cornell University)|1996. 05. 23.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 은하수 중심 부근의 라디오 구조물인 은하중심 아치가 고에너지 감마선 소스 2EG J1746-2852의 기원임을 제안한다. 확산, 대류 및 에너지 손실을 포함한 전자 이동의 운동학적 모델을 사용하여, 날개 모양 영역(G0.18-0.04)에서 주입된 고에너지 전자들이 환경의 적외선 광자를 역-콤프턴 산란시면 관측된 감마선 복사량과 딱딱한 스펙트럼을 재현할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We discuss the radio {\it arc} at the galactic center to be the counterpart of the high-energy \gr source 2EG J1746-2852. The observed \gr flux is constant within the statistical limits and the spectrum is very hard. The lack of variability makes it highly unlikely that any of the compact sources in the vicinity of the Galactic Center is the counterpart of 2EG J1746-2852. This includes the peculiar source Sgr A$^\ast$ at the very center of the Galaxy, which is often discussed to harbour a black hole of $10^6\, M_\odot$. Existing radio data on the {\it arc} support the view that its synchrotron emission originates from cooling, initially monoenergetic electrons which diffuse and convect from their sources to the outer extensions of the {\it arc}. If the source of high-energy electrons coincides with the sickle region (G0.18-0.04), as indicated by the radio data, then the ambient far- infrared photons can be up-scattered to \grs by inverse-Compton inter- action with the young high-energy electrons. We solve the continuity equation for the electrons including terms for diffusion, convection, monoenergetic injection, and the full energy loss. We show that both the flux and the spectrum of 2EG J1746-2852 can be well explained.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 감마선 소스 2EG J1746-2852의 천체물리적 기원을 규명하는 것.
• 기존의 라디오 구조물인 은하중심 아치가 관측된 감마선 복사에 기여할 수 있는지 테스트하는 것.
• 날개 모양 영역(G0.18-0.04)에서 유래한 고에너지 전자의 이동 및 에너지 손실을 모델링하는 것.
• 환경의 적외선 광자와의 역-콤프턴 산란이 관측된 감마선 스펙트럼을 재현할 수 있는지 확인하는 것.
• 변동성이 없음에도 불구하고 Sgr A*와 같은 밀도 높은 소스가 동반자일 수 없음을 배제하는 것.

제안 방법

• 확산, 대류, 단일 에너지 주입, 전체 에너지 손실 항목을 포함한 전자 연속 방정식을 해결하는 것.
• 은하중심 아치의 라디오 데이터를 사용하여 날개 모양 영역(G0.18-0.04)에서의 전자 주입 및 이동 파rameter를 유추하는 것.
• 고에너지 전자가 환경의 적외선 광자를 역-콤프턴 산란시켜 감마선을 생성하는 모델링.
• EGRET 실험에서 관측된 값과 일치시키기 위해 시뮬레이션된 감마선 복사량과 스펙트럼 기울기를 조정하는 것.
• 모델이 감마선 소원의 변동성이 없는 성질과 일치하는지 평가하는 것.
• 모델 예측값을 2EG J1746-2852의 관측된 딱딱한 스펙트럼과 일관성 있게 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하중심 아치는 고에너지 감마선 소스 2EG J1746-2852의 복사량과 딱딱한 스펙트럼을 설명할 수 있는가?
• RQ2 2EG J1746-2852의 변동성이 없음은 아치가 그 기원임을 뒷받침하는가, 아니면 Sgr A*와 같은 밀도 높은 소스가 아닐까?
• RQ3 아치의 라디오 성질은 날개 모양 영역(G0.18-0.04)에서 전자가 주입되고 이후 확산 및 대류가 일어나는 데에 적합한가?
• RQ4 환경의 적외선 광자와의 고에너지 전자의 역-콤프턴 산란이 관측된 감마선 스펙트럼을 재현할 수 있는가?
• RQ5 관측된 감마선 복사에 맞추기 위해 필요한 전자 주입률과 에너지 스펙트럼은 무엇인가?

주요 결과

• 관측된 2EG J1746-2852의 감마선 복사량과 딱딱한 스펙트럼은 고에너지 전자가 적외선 광자를 역-콤프턴 산란시면서 잘 재현된다.
• 모델은 날개 모양 영역에서 지속적인 전자 주입으로 전자 집단이 유지되므로 변동성이 없는 것을 성공적으로 설명한다.
• 라디오 데이터는 날개 모양 영역(G0.18-0.04)에서 전자가 주입되고 이후 확산 및 대류로 아치로 이동하는 데에 적합함을 지지한다.
• 전자의 에너지 손실 속도는 동기복사 및 역-콤프턴 산란 과정이 지배적이며, 관측된 라디오 및 감마선 성질과 일치한다.
• 감마선 복사의 변동성이 없음으로 인해 Sgr A*나 기타 밀도 높은 소스일 가능성은 낮다.
• 감마선 복사의 스펙트럼 기울기는 날개 모양 영역에서 주입된 딱딱한 전자 에너지 스펙트럼과 일치한다.