超新星遗迹激波中的宽 Balmer 线发射与宇宙射线加速效率
高能天体物理现象
2015-06-16 v2
摘要
Balmer 发射可能是检验年轻超新星遗迹 (SNR) 激波中宇宙射线 (CR) 加速范式的有力诊断工具。宽 Balmer 线的宽度是下游等离子体温度的直接指标。在粒子加速效率较高的情况下，等离子体总动能的相当一部分被输送到 CR 中，因此下游温度降低，宽 Balmer 线宽度也随之减小。该宽度还取决于下游离子与中性氢原子之间的热平衡水平。由于通常在年轻 SNR 激波中，在电离之前仅发生少数电荷交换 (CE) 反应，离子与中性粒子之间未达到平衡，因此需要对中性粒子进行动力学描述才能正确计算 Balmer 发射。我们提供了一种使用自洽描述激波结构（在中性粒子和 CR 存在下）来计算 Balmer 发射的方法。我们采用最近开发的半解析方法，其中中性粒子、电离等离子体、加速粒子和磁场通过质量、动量和能量通量守恒方程耦合在一起。中性粒子的分布是通过速度空间中的完整 Boltzmann 方程获得的，并通过电离和 CE 过程与麦克斯韦分布的离子耦合。得益于对原子相互作用速率更好的近似，该计算相较于先前工作有所改进。我们发现，对于激波速度 >2500 km/s 的情况，宽中性粒子的分布从未接近麦克斯韦分布，其矩与电离分量不同。这些差异反映为比先前假设热化的计算所预测的更小的 FWHM。此处提出的方法为 Balmer 主导的激波中的粒子加速效率提供了现实估计。
引用
@article{arxiv.1306.6454,
title = {Broad Balmer line emission and cosmic ray acceleration efficiency in supernova remnant shocks},
author = {G. Morlino and P. Blasi and R. Bandiera and E. Amato},
journal= {arXiv preprint arXiv:1306.6454},
year = {2015}
}
备注
6 pages, 3 figures. Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics