天体物理激波处的非热元素丰度
高能天体物理现象
2021-02-03 v2
摘要
元素的非热源丰度在理解从几 GeV 到几十 EeV 的宇宙线(CR)现象中起着关键作用。我们提出了一种首个系统性方法,通过随时间演化的激波中的扩散激波加速来描述元素从热态到非热态丰度的变化。在此过程中,我们不仅考虑环境气体中所含元素的电离态(由于激波加热,我们允许其随时间变化),还考虑凝结在固态带电尘埃颗粒上的元素,这些元素也可以注入到加速过程中。然后,我们将这一通用参数化模型应用于超新星遗迹在各种星际介质(ISM)相中的粒子加速情形,为此我们使用最先进的计算软件包来计算所有元素的电离态。所得低能宇宙线(LECR)源丰度的预测结果与多个实验获得的数据进行了比较。我们发现,若尘埃颗粒以远高于离子的效率注入扩散激波加速过程,则在包括 HII 区在内的温电离星际介质环境中的激波拟合极为吻合。拟合质量对离子的质量电荷比依赖较小。对于中性环境(假设在弱电离成分中存在激波)以及热电离介质,我们总体上得到较差的拟合,但除冷中性介质外,我们并不排除它们作为银河系宇宙线产生的次要场所。关键挑战在于将氖等纯气相元素以及磷、硫、氯等(半)挥发性元素与硅、钙和铁族元素的 LECR 丰度置于恰当平衡。最后,简要展望了这对理解更高能量处宇宙线成分的潜在影响。
引用
@article{arxiv.2010.06523,
title = {Nonthermal element abundances at astrophysical shocks},
author = {Björn Eichmann and Jörg P. Rachen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.06523},
year = {2021}
}