伽马射线发射超新星遗迹作为银河系宇宙射线的起源？

宇宙射线的起源是物理学和天体物理学中长期存在的谜团之一。简单的论证表明，银河系中超新星遗迹（SNRs）作为“膝”以下宇宙射线族主导源的情景可能是成立的：在一个通用计算中，可以证明这些天体能够提供解释观测到的宇宙射线通量所需的能量预算。然而，这一论证基于所有源行为方式相同的假设，即它们都具有相同的能量预算、能谱行为和最大能量。在本文中，我们研究了一个真实的SNR种群是否能够产生如观测到的“膝”以下的宇宙射线通量。我们使用了21个从射电波长到伽马射线能量都已被充分研究的SNR。先前（Mandelartz & Becker Tjus 2015）已表明，这21个源能谱中的高能凸起可能由强子发射主导。此处，伽马射线是通过邻近作为宇宙射线加速器的超新星遗迹的分子云中宇宙射线相互作用的 $\pi^{0}-$衰变产生的。宇宙射线能谱在能量预算、能谱行为和最大能量方面表现出很大差异。这些源被假定为SNR总类的代表，我们假设当今应存在约100-200个发射宇宙射线的SNR。最后，我们利用这些源能谱，使用GALPROP宇宙射线传播代码模拟银河系中单个SNR的宇宙射线传输。我们发现，对于接近 $D\propto E^{0.3}$ 的扩散系数，宇宙射线预算能够很好地匹配。对能量更强的依赖（例如 $E^{0.5}$）将导致地球上的能谱比探测到的更陡，且能量预算无法匹配，尤其是在高能端。