[论文解读] The galactic center arc as source of high-energy gamma-rays

M. Pohl|arXiv (Cornell University)|May 23, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 8

一句话总结

该论文提出，银河系中心弧状射电结构是高能伽马射线源2EG J1746-2852的起源。通过包含扩散、喷流和能量损失的电子输运动力学模型，研究显示：从新月形区域（G0.18-0.04）注入的高能电子与周围红外光子发生逆康普顿散射，可重现观测到的伽马射线通量和硬谱指数。

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.

研究动机与目标

• 确定高能伽马射线源2EG J1746-2852的天体物理起源。
• 检验已知的银河系中心弧状射电结构是否能解释观测到的伽马射线辐射。
• 模拟从新月形区域（G0.18-0.04）输运至弧状结构的高能电子的输运与能量损失过程。
• 确定高能电子对周围红外光子的逆康普顿散射是否能产生观测到的伽马射线能谱。
• 排除Sgr A*等致密源作为对应体的可能性，因其伽马射线辐射无变异性。

提出的方法

• 求解包含扩散、喷流、单能注入及完整能量损失项的电子连续性方程。
• 利用弧状结构的射电数据，反推出从新月形区域（G0.18-0.04）注入的电子输运参数。
• 建模高能电子对远红外光子的逆康普顿散射过程，以产生伽马射线。
• 将模拟的伽马射线通量与谱指数与EGRET实验的观测值进行匹配。
• 评估该模型与伽马射线源无变异性特征的一致性。
• 将模型预测与2EG J1746-2852观测到的硬谱指数和恒定通量进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系中心弧状结构能否解释高能伽马射线源2EG J1746-2852的通量与谱硬化特征？
• RQ2 2EG J1746-2852无变异性是否与该源起源于弧状结构而非Sgr A*等致密源一致？
• RQ3 弧状结构的射电特性是否支持电子从新月形区域（G0.18-0.04）注入，并随后经历扩散与喷流输运？
• RQ4 高能电子对周围红外光子的逆康普顿散射能否重现观测到的伽马射线能谱？
• RQ5 为匹配观测到的伽马射线辐射，所需的电子注入速率与能谱为何？

主要发现

• 观测到的2EG J1746-2852伽马射线通量与硬谱指数，可通过高能电子对远红外光子的逆康普顿散射得到良好重现。
• 该模型成功解释了无变异性特征，因为电子种群由新月形区域持续注入维持。
• 射电数据支持电子从新月形区域（G0.18-0.04）注入，并随后通过扩散与喷流输运至弧状结构。
• 电子能量损失率主要由同步辐射与逆康普顿过程主导，与观测到的射电与伽马射线特性一致。
• 由于伽马射线辐射无变异性，该源极不可能是Sgr A*或其他致密源。
• 伽马射线辐射的谱指数与从新月形区域注入的硬电子能谱一致。