银河系分子云中宇宙线相互作用产生的正电子超出
高能天体物理现象
2020-12-23 v3
摘要
AMS-02 最近观测的数据清楚地证实正电子流随能量上升，并在几百 GeV 附近出现峰值。这一上升的正电子流无法由宇宙线与星际氢气体的相互作用解释。本文中，我们的目标是研究邻近银河系分子云（GMCs）中宇宙线相互作用产生的次级产生是否会对地球上观测到的正电子能谱有显著贡献。由于多波段天文学的进展，最近在我们银河系中发现了许多新的 GMCs。利用大尺度 CO 巡天，在银河系中探测到 1064 个位于银道面的 GMCs。非常近期的巡天采用了光学/红外尘埃消光测量，追踪到地球 4 kpc 内的 567 个 GMCs，同样位于银道面。我们使用近期论文中报道的、分布于银道面的更新 GMCs 列表，以寻找宇宙线与分子氢在其中相互作用产生的次级正电子。此外，通过分析 Fermi-LAT 数据，在银道面附近发现了新的 GMCs。我们也纳入了其中一些距离地球最近、宇宙线相互作用正在产生次级的 GMCs。早前有推测认为宇宙线可能在某些 GMCs 中被重新加速。我们从近期报道的 567 个 GMCs 中挑选出位于地球 4 kpc 内的 7 个 GMCs，假设其中存在由磁化湍流引起的重新加速。我们在这些 7 个 GMCs 中加入了由重新加速宇宙线相互作用产生的硬化次级正电子分量。我们使用公开可用的代码 DRAGON 进行模拟设置以研究银河系中的宇宙线传播，并表明观测到的正电子能谱在 1 至 1000 GeV 能量范围内可由我们的自洽模型很好地解释。
引用
@article{arxiv.1911.12977,
title = {Positron Excess from Cosmic Ray Interactions in Galactic Molecular Clouds},
author = {Agnibha De Sarkar and Sayan Biswas and Nayantara Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.12977},
year = {2020}
}
备注
22 pages, 14 figures, 8 tables; accepted for publication in Journal of High Energy Astrophysics (JHEAp)