[论文解读] Galactic Gamma-Ray Bursters - The Cosmic-Ray Sources at all Energies

Arnon Dar, R. Plaga|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

该论文提出，银河系内中子星形成或坍缩事件会产生高度相对论性、准直的喷流，这些喷流将周围物质加速至宇宙射线能量，从而在银河系晕中形成热点。当这些喷流朝向地球方向喷射时，会在其他星系中表现为伽马射线暴，这一机制自然解释了所有能量范围内主要强子成分宇宙射线的起源。

ABSTRACT

We propose a new paradigm for the origin of nonsolar hadronic cosmic rays (CRs) at all energies: Highly relativistic, narrowly collimated jets from the birth or collapse of neutron stars in our Galaxy accelerate ambient disk and halo matter to CR energies and disperse it in hot spots which they form when they stop in the Galactic halo. Such events, seen as cosmological gamma-ray bursts in other galaxies when their beamed radiation happens to point towards Earth, account for many observed properties of the main hadronic component of CRs in a more natural way than all previously discussed CR sources.

研究动机与目标

• 解释所有能量范围内主要强子成分宇宙射线的起源。
• 解决现有宇宙射线源模型中的不一致性。
• 将观测到的宇宙学伽马射线暴与本地银河系宇宙射线产生联系。
• 提出银河系内宇宙射线加速与传播的统一机制。

提出的方法

• 提出中子星形成或坍缩产生的相对论性喷流可加速周围盘状和晕状物质。
• 模拟喷流在银河系晕中的传播及能量沉积过程，喷流终止时形成热点。
• 应用束化效应解释为何当喷流方向对准地球时，此类事件表现为伽马射线暴。
• 利用宇宙学伽马射线暴的观测约束，推断银河系喷流事件的特性。
• 将喷流能量沉积与观测到的宇宙射线能量谱联系起来。
• 整合喷流动力学与宇宙射线输运及晕结构模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过单一源机制解释银河系强子宇宙射线的全能量谱？
• RQ2 为何一些中子星事件表现为伽马射线暴，而另一些则不是？
• RQ3 银河系晕中何种物理过程产生了观测到的宇宙射线热点？
• RQ4 喷流束化效应如何解释宇宙射线观测到的各向同性和能量分布？
• RQ5 宇宙学伽马射线暴的特性能否用于推断银河系宇宙射线源的特征？

主要发现

• 中子星喷流可通过相对论性激波特异性过程将周围物质加速至宇宙射线能量。
• 喷流在银河系晕中终止时形成局部热点，这些热点充当宇宙射线源。
• 喷流辐射的束化效应解释了为何此类事件在地球方向被观测为宇宙学伽马射线暴。
• 该模型自然解释了主要强子宇宙射线成分的能量谱与组成特性。
• 该机制统一了银河系宇宙射线的起源与河外伽马射线暴的观测特性。
• 与以往模型相比，该模型对观测到的宇宙射线通量与各向同性提供了更自然的解释。