模拟本地宇宙 (SLOW) - 第六部分：局域宇宙中的 $\gamma$ 射线辐射

背景：来自宇宙射线 (CR) 质子与星际簇群介质 (ICM) 和星际介质 (IGM) 中气体散射产生的 diffuse $\gamma$ 射线辐射，目前仍无法通过现有观测实现探测。检测该辐射将为约束星际磁场以及暗物质相互作用模型提供依据。目标：本文旨在为局域宇宙中来自星系簇和宇宙网的 Fermi-LAT 频段的 diffuse $\gamma$ 射线辐射提供估计值。方法：本文展示了首个带有在线 CR 谱模型的宇宙尺度 MHD 模拟结果。我们在冲击波处建模 CR 注入，考虑绝热能量变化和 CR 质子的输运，并直接从模拟得到的 CR 能量密度和谱中获取其 $\gamma$ 射线辐射率。为此，我们采用受约束的初始条件，这些条件在接近局域宇宙场的演化下，允许直接将结果与 Fermi-LAT 对大型星系簇的数据进行比较。结果：我们发现，在星系簇和宇宙网星系簇 filaments 的所有结构形成和吸积冲击波处，都发生了 CR 质子加速，这些质子为这些区域提供了 diffuse $\gamma$ 射线辐射的基础。我们模拟中 diffuse $\gamma$ 射线辐射的绝对值，低于当前 Fermi-LAT 所发现的上限几个数量级。按照本模型的假设，检测 Coma 区的 diffuse 辐射需要灵敏度为 $F_\gamma < 10^{-11} \: \gamma~ \text{s}^{-1}~\text{cm}^{-2}$。