[论文解读] The proton blazar.

K. Mannheim|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 1993

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 118

一句话总结

本文提出，在具有10^9–10^11洛伦兹因子的紧凑射电喷流中，超相对论性质子通过π介子和电子对光致产生，随后经历同步辐射级联再处理，可在keV至TeV能量范围内产生高能光子，这些喷流来自平光谱空间望远镜和BL Lacertids。将质子纳入Blandford & Konigl（1979）喷流模型，将标准仅含电子的辐射框架扩展，以解释观测到的伽马射线辐射和射电/X射线相关性。

ABSTRACT

Recent gamma ray detections and the radio/X-ray correlation of extragalactic flat-spectrum radio sources make the existence of an ultra-relativistic proton population in jets very probable. The protons with maximum Lorentz factors in the range 10 9 -10 11 generate hard photons with energies from keV to TeV via pion and pair photoproduction and subsequent synchrotron cascade reprocessing. In this paper relativistic protons are considered in the context of the Blandford & Konigl (1979) model of compact radio jets which are assumed to be responsible for the nonthermal emission component of flat-spectrum quasars and BL Lacertids. The baryons are simply added to the electrons considered as the only radiative agent in the original work

研究动机与目标

• 研究超相对论性质子在喷流中驱动高能辐射的作用。
• 通过将重子（质子）作为辐射源与电子并列，扩展Blandford & Konigl（1979）对紧凑射电喷流的模型。
• 解释近期对平谱射电噪类星体和BL Lacertids的伽马射线探测结果，以及观测到的射电至X射线相关性。
• 评估在相对论性喷流环境中，由质子引发的光子产生机制的可行性。

提出的方法

• 通过引入一群超相对论性质子，对Blandford & Konigl（1979）的紧凑相对论性喷流模型进行改进。
• 建立通过质子诱导过程产生的光子模型：π介子光致产生（pp → π^± → γγ）和电子对光致产生（pγ → e^+e^− → γγ）。
• 在喷流的磁场中包含高能光子的后续同步辐射级联再处理过程。
• 采用10^9–10^11的洛伦兹因子来确定所产生光子的能量范围（keV至TeV）。
• 假设喷流的磁场和电子分布与原始模型一致，重点分析质子的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 喷流中的超相对论性质子是否能够产生可探测的TeV能量级高能光子？
• RQ2 质子诱导过程（如π介子和电子对光致产生）如何贡献于平谱类星体和BL Lacertids中观测到的非热辐射？
• RQ3 质子驱动的光子级联在多大程度上能再现河外平谱射电源中观测到的射电至X射线相关性？
• RQ4 为产生从keV到TeV能量范围的光子，质子的洛伦兹因子应处于何种范围？

主要发现

• 具有10^9至10^11洛伦兹因子的超相对论性质子，可通过π介子和电子对光致产生机制，在keV至TeV能量范围内产生硬光子。
• 这些光子在喷流磁场中经历的后续同步辐射级联再处理过程，可产生可观测的非热辐射成分。
• 在Blandford & Konigl模型中引入质子，为平谱射电噪源中近期伽马射线探测结果提供了合理的物理解释。
• 河外平谱射电源中观测到的射电至X射线相关性，与相对论性喷流中由质子驱动的辐射机制一致。