用更真实的宇宙线动力学模拟银河系中心伽马射线辐射
高能天体物理现象
2023-11-29 v1
摘要
银河系中心(GC)的甚高能伽马射线观测显示出与中央分子区(CMZ)形态强烈相关的延展辐射。对该辐射的最佳解释是宇宙线(CR)与环境气体之间的强子相互作用,其中一个位于中心的连续宇宙线源将质子加速至 1 PeV(“PeVatron”)。然而,当前模型假设了非常简化的宇宙线动力学。我们的目标是通过当前伽马射线观测验证更真实的 GC 环境宇宙线动力学是否自洽,以及它们能否被切伦科夫望远镜阵列(CTA)的即将开展的观测所约束。我们使用一个宇宙线输运模型生成了合成伽马射线图,该模型包含球形注入、不同扩散机制(CMZ 内与外)、极向平流、1 PeV 单能粒子,并纳入了来自 Arches、Quintuplet 和核星团等年轻大质量恒星团以及超新星 Sgr A East 注入的不同宇宙线种群。我们采用了两种与观测气体柱密度一致的 3D 气体分布,分别带或不带内腔。为重现高能立体系统(HESS)探测到的现有观测,需要一个环状气体分布(其质量由标准银河系 CO 到 H 转换因子设定)以及来自所有相关源的宇宙线加速。若转换因子低一个数量级,则需要高十倍的注入率。我们表明,凭借其前所未有的灵敏度和角分辨率,CTA 将能区分具有不同宇宙线动力学、质子源和 CMZ 形态的模型。更真实的宇宙线动力学表明,CMZ 具有一个大的内腔,且 GC PeVatron 是由 Arches、Quintuplet、核星团和 Sgr A East 加速的复合宇宙线种群。
引用
@article{arxiv.2310.01226,
title = {Modeling the Galactic center gamma-ray emission with more realistic cosmic-ray dynamics},
author = {Andrés Scherer and Jorge Cuadra and Franz E. Bauer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.01226},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in A&A. 15 pages, 11 figures