星暴星系是质子量热计吗

若干星暴星系已在GeV和TeV波段被观测到。在这些致密环境中，伽马射线辐射应由宇宙线与星际介质的相互作用主导（$p_{\rm cr}p_{\rm ism} \to \pi^{0} \to \gamma\gamma$）。事实上，星暴可能充当质子“量热计”，其中相当大一部分宇宙线能量输入以伽马射线形式发射。在此我们构建一个单区、“厚靶”模型，实现量热计并针对宇宙线相互作用产生的伽马射线辐射给出严格上限。该模型假设宇宙线由超新星(SNe)加速，且全部经历核相互作用而非逃逸。我们的模型仅有两个自由参数：每个超新星的宇宙线质子加速能量 $\epsilon_{\rm cr}$，以及质子注入谱指数 $s$。我们计算了从10 MeV到10 TeV的π介子伽马射线辐射，并利用Fermi、H.E.S.S.和/或VERITAS数据推导了六个星系的厚靶参数。我们的模型对M82和NGC 253给出了良好拟合，并给出的 $\epsilon_{\rm cr}$ 和 $s$ 值表明星暴与银河系中的超新星宇宙线加速相似。我们发现这些星暴即使不是完全的质子量热计，也确实近乎如此。对于NGC 4945和NGC 1068，模型与量热计一致，但由于缺乏TeV数据而约束较弱。然而，圆规星系(Circinus galaxy)和超亮红外星系Arp 220超出了我们的π介子上限，对此讨论了可能的解释。