致密星周环境中年轻超新星遗迹的非热辐射
高能天体物理现象
2022-09-21 v1
摘要
已知超新星遗迹因其射电波、X 射线和伽马射线的非热辐射而加速宇宙射线。然而，其将宇宙射线加速至 PeV 能量的能力尚未得到证实。若干年轻超新星遗迹伽马射线光谱中截断的存在，引出了 PeV 能量可能仅在遗迹演化的最初阶段才能达到的想法。我们使用含时加速代码 RATPaC 研究大质量恒星周围致密环境中膨胀的超新星内的宇宙射线加速，那里丰富的靶物质可能为当前和未来的实验探测伽马射线提供途径。我们进行了球对称的一维模拟，在试验粒子极限下同时求解宇宙射线、磁湍流和热等离子体流体力学流的输运方程。我们研究了红超巨星（RSG）和亮蓝变星（LBV）周围自由膨胀风中星周介质（CSM）的典型参数。尽管靠近前身星的强磁场通过级联增强了湍流阻尼，最大可达能量可能仍被限制在亚 PeV 能量：我们发现最大宇宙射线能量为 100-200 TeV，在爆炸后一个月内达到。对于 LBV 前身星，其峰值光度在 GeV（TeV）能量处为 1e43 erg/s（1e42 erg/s）；对于 RSG 前身星，为 1e41 erg/s（1e40 erg/s）。所有计算出的超新星在 <~1 个月后达到其峰值伽马射线光度，然后只要超新星激波仍处于前身星的自由膨胀风中，就以 ~1/t 的速率衰减。在爆炸进入自由膨胀风后数周至数月内，可预期在 Fermi-LAT 波段探测到潜在的伽马射线信号。
引用
@article{arxiv.2109.04828,
title = {Non-thermal emission from young supernova remnants in dense circumstellar environments},
author = {Robert Brose and Jonathan Mackey and Iurii Sushch},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.04828},
year = {2022}
}
备注
8 pages, 4 figures, Contribution to the Proceedings of the 37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021), Berlin, Germany