星暴星系超风中粒子的加速

星暴星系是正在经历大规模恒星形成活动的星系。来自高温恒星的星风与超新星爆发的联合效应在这类天体的核区产生一个高温空腔。极热的气体绝热膨胀并逃离星系，形成超风，卷扫星系盘中的物质。晕中的超风区域充满了具有热、温、冷和相对论性成分的多相气体。与星暴超风相关的激波以及由其膨胀气泡产生的湍流气体区可能将宇宙线加速到很高能量。本工作中，我们使用对应于邻近南天星暴星系NGC 253的参数计算与超风相关的宇宙线产生，该星系被提出作为超高能宇宙线的潜在加速器。我们评估了NGC 253超风中扩散激波加速（DSA）和随机扩散加速（SDA）的效率。我们估计了强子和轻子的分布，并计算了相应的光子谱能量分布。我们发现，最近通过ALMA观测确定的超风强质量负载强烈削弱了NGC 253中DSA的效率，而SDA受星暴年龄的约束。我们得出结论，NGC 253及类似星暴星系仅在非常特殊的条件下才能将铁核加速到$\sim10^{18}$ eV以上。如果星系中心区域存在一个$\sim10^6$ $M_{\odot}$的饥饿超大质量黑洞（如某些近期观测所暗示），则在爱丁顿单位下吸积率$\dot{m}\sim10^{-3}$时，可存在$10^{18}-10^{19}$ eV范围的贡献。仅当在超风激波附近发生非常强的磁场放大时，才可能达到约100 EeV量级的能量。