[论文解读] 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 3

一句话总结

本文研究了银河系弥漫连续谱伽马射线的起源，提出逆康普顿散射在兆电子伏特至千兆电子伏特能量范围内主导了辐射。利用EGRET数据，作者发现包含大比例逆康普顿成分的模型与观测到的银经和银纬分布高度一致，解决了长期以来关于高能伽马射线超出标准宇宙射线相互作用的谜题。

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.

研究动机与目标

• 解决理论模型与观测到的银河系伽马射线发射在兆电子伏特至千兆电子伏特能量范围内的差异。
• 检验逆康普顿散射是否能解释整个银河系中观测到的连续谱发射。
• 评估>1千兆电子伏特伽马射线过量的其他解释，例如硬核子谱。
• 评估次级反质子和正电子在约束核子谱中的作用。
• 确定是否需要离散源或电子谱在低能端的上翘来解释低能COMPTEL和OSSE数据。

提出的方法

• 使用逆康普顿散射作为主要机制，对银河系弥漫连续谱伽马射线发射进行建模。
• 将模型预测与EGRET在低能和高能下的银经和银纬分布数据进行比较。
• 利用次级反质子和正电子的产生率，检验核子谱偏硬的假设。
• 分析COMPTEL和OSSE数据，以约束200兆电子伏特以下的电子谱。
• 评估是否需要离散源或电子谱在低能端的陡峭上翘以拟合低能观测数据。
• 应用谱模型，以调和观测到的弥漫发射与理论预期之间的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅靠逆康普顿散射是否足以解释从兆电子伏特到千兆电子伏特能量范围内观测到的银河系弥漫连续谱伽马射线发射？
• RQ2 为什么银河系中预测与观测到的>1千兆电子伏特伽马射线发射之间存在差异？
• RQ3 次级反质子和正电子在多大程度上支持将核子谱偏硬作为替代解释？
• RQ4 为了将COMPTEL和OSSE数据拟合为弥漫发射，是否需要在200兆电子伏特以下出现电子谱的陡峭上翘？
• RQ5 是否需要离散源来解释低能弥漫伽马射线发射？

主要发现

• 包含主导逆康普顿成分的模型在低能和高能下均与EGRET数据在银经和银纬分布上表现出良好一致性。
• 发现逆康普顿机制在银河系弥漫伽马射线发射中的作用比以往认为的更为显著。
• 基于次级反质子和正电子的约束，硬核子谱被排除为主要解释>1千兆电子伏特过量的原因。
• 若将COMPTEL和OSSE数据拟合为弥漫发射，则要么需要在200兆电子伏特以下出现电子谱的陡峭上翘，要么需要存在一类离散源。
• 观测到的弥漫发射无法仅通过标准宇宙射线相互作用来解释，必须引入额外成分，如增强的逆康普顿散射或离散源。
• 本研究得出结论：逆康普顿散射是塑造银河系连续谱伽马射线能谱在广阔能量范围内关键机制。