来自大质量星团的宇宙线：以 Westerlund 1 的细致观测为例

我们结合近期在 $\gamma$ 射线中对大质量致密星团 Westerlund 1 的探测，研究该星团中宇宙线（CR）加速的效应。近期观测揭示了 CR 能量密度的 $1/r$ 径向分布。本文从理论层面探讨该分布能否帮助区分以下两种情形：（1）星团恒星风驱动激波中的连续 CR 加速，与（2）多次超新星激波中的离散 CR 加速——后者在文献中常有争议。利用理想化的两流体模拟并探索不同的加速位置与扩散系数，我们得到 CR 能量密度分布与光度，以寻找与 $\gamma$ 射线观测最吻合的匹配。我们发现，由 $\gamma$ 射线光度与质量的观测所推断的 CR 能量密度分布，可能与真实的径向分布大相径庭。若扩散系数 $\kappa_{\rm cr}\sim 10^{27}$ cm$^2$ s$^{-1}$，且约 $\approx 10\%-20\%$ 的激波功率/激波后压强注入 CR 成分，则星团核心区或风终止激波处的 CR 加速均可解释观测。我们还研究了离散超新星（SN）爆发负责 CR 加速的可能性，发现若每 $\sim 0.03$ Myr 有 1 颗 SN 的注入率，即可解释观测到的 $\gamma$ 射线分布。该多重 SN 情形仅当热导率接近 Spitzer 值时才与 X 射线观测一致。