[论文解读] Young and Millisecond Pulsar GeV Gamma-ray Fluxes from the Galactic Center and Beyond

Ryan M. O’Leary, Matthew D. Kistler+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 15

一句话总结

本文建模了银河系中年轻脉冲星和毫秒脉冲星的GeV伽马射线流量，表明未分辨的年轻脉冲星靠近银河系中心可重现费米观测到的过量伽马射线辐射和反Compton辐射。研究发现，年轻脉冲星主导了银道面内未关联的费米点源，并显著贡献于内千秒差距区域的电子-正电子注入。

ABSTRACT

Gamma-ray observations have shown pulsars to be efficient converters of rotational energy into GeV photons and it is of wide-ranging interest to determine their contribution to the gamma-ray background. We arrive at flux predictions from both the young (

研究动机与目标

• 确定年轻和毫秒脉冲星对银河系弥散GeV伽马射线背景的贡献。
• 解释先前被解释为暗物质信号的银心附近观测到的GeV伽马射线过量。
• 建模未分辨点源的流量分布，并与费米观测结果进行比较。
• 估算银河系中心可探测的射电明亮脉冲星数量，并与观测限制进行比较。
• 评估脉冲星对内千秒差距区域宇宙射线电子-正电子产生的贡献，这对间接暗物质搜寻具有重要意义。

提出的方法

• 基于银河系盘和晕的形成历史，采用正向建模方法对毫秒脉冲星种群进行建模。
• 采用O’Leary等人（2015）的基准模型描述年轻脉冲星，整合超新星率、脉冲星反冲速度及自转降解演化。
• 为年轻脉冲星应用三种不同的伽马射线发射模型，变化将自转降解功率转化为GeV光子的比例。
• 计算角向流量分布，并与费米-LAT全天数据进行比较，尤其关注银心区域。
• 估算未分辨点源的流量，并与未关联费米源的观测光度函数进行比较。
• 利用环境磁场强度和光子密度，建模由脉冲星注入的高能电子产生的反Compton发射。

实验结果

研究问题

• RQ1 未分辨的年轻和毫秒脉冲星能否重现银心附近观测到的GeV伽马射线过量？
• RQ2 内银河系中未关联费米点源的多大比例可归因于未分辨脉冲星？
• RQ3 银河系中心预测的射电明亮脉冲星数量与当前及未来射电巡天相比如何？
• RQ4 脉冲星驱动的反Compton发射在多大程度上可解释内千秒差距区域观测到的弥散流量水平？
• RQ5 为何脉冲星对GeV流量的贡献在银心区域显著高于银河系其他区域？

主要发现

• 未分辨的年轻脉冲星可产生与观测到的银心GeV过量极为接近的伽马射线流量和角向分布。
• 年轻脉冲星在银心区域贡献了约30%的总GeV流量，而在银河系其余区域仅占约10%。
• 该模型预测，在内银河系中，年轻脉冲星作为未关联费米点源的数量超过毫秒脉冲星。
• 射电巡天达到约50 μJy（1.4 GHz）的流量极限时可探测到年轻脉冲星种群，而毫秒脉冲星则需要更深的巡天（约10 μJy）。
• 脉冲星驱动的反Compton发射可解释费米在内千秒差距区域推断的弥散流量水平，具体取决于电子能谱和磁场强度。
• 该模型表明，年轻脉冲星可能是内银河系高能电子-正电子注入的主要来源，对暗物质搜寻具有重要意义。