由 IceCube 上限约束的星系团中微子与伽马射线

星系团由于其巨大的尺度和磁场强度(有利于宇宙线在宇宙学时间尺度上的约束),能够将宇宙线(CRs)加速到高达 $\sim10^{18}$~eV 的甚高能。在约束期间,它们可通过与背景气体和光子场的相互作用产生中微子和 $\gamma$ 射线。在最近的工作中,\cite{hussain2021high, hussain2023diffuse} 对红移范围从 $z \sim 5$ 到 $z = 0$ 的湍流星系团介质(ICM)进行了三维宇宙磁流体动力学(MHD)模拟,并结合宇宙线传播的多维蒙特卡洛模拟,以研究这些源的多信使发射。他们发现,当谱指数在 $1.5 - 2.5$ 范围且截断能量 $E_\mathrm{max} = 10^{16} - 10^{17}$~eV 的宇宙线注入系统时,它们对 neutrinos 和 gamma-rays 的弥漫背景发射都有显著贡献。在这项工作中,我们重新审视了该模型并对参数空间进行了进一步约束。这是通过纳入 IceCube 实验最近建立的星系团中微子发射上限实现的。我们发现,对于以谱指数 $2.0 - 2.5$、截断能量 $E_\mathrm{max} = 10^{16} - 10^{17}$~eV 注入的宇宙线,以及对应于星系团光度 $(0.1-1)\%$ 的功率,我们的中微子通量与 IceCube 估计的上限一致。此外,星系团对弥漫 $\gamma$ 射线背景(DGRB)的贡献仍然显著,在能量高于 $500$ GeV 时其值约为 $\sim 10^{-5}\, \mathrm{MeV} \, \mathrm{cm}^{-2} \,\mathrm{s}^{-1} \, \mathrm{sr}^{-1}$。