超气泡作为银河型太空射电源: 快速二阶费米加速的潜在作用
高能天体物理现象
2024-08-22 v2
摘要
背景: 银河宇宙射电的来源仍是谜题, 尤其是能达到或超过太空射电能级的射电的来源与加速机制。最近, LHAASO 和 H.E.S.S 显示, 与年轻巨型星系簇创建的超气泡相关联的两种伽马射电源可能是银河型太空射电源。这重新激起了对超气泡中宇宙射电加速过程的兴趣. 目标: 研究二阶费米加速在超气泡中能否在银河型太空射电能级以上加速粒子, 以及实现这一目标的条件. 方法: 推导了射电粒子可获得的最大能量作为加速持续时间和尺寸的函数的解析方程。最大能量严重取决于扩散系数 D 和阿尔芬速度 V_A。解析解表明, 在使用相同相关速度(即阿尔芬速度或冲击波速度)时, 二阶费米加速的效率可以与扩散性冲击波加速相当。最终, 最大能量由射电的扩散逃逸决定, 该逃逸取决于尺寸和扩散系数。这将最大能量限制在约 50 磷的超气泡半径下为几太普能。对于 HESS J1646-458 关联 Westerlund 1 以及与 Cyg OB2 关联的 Cygnus Cocoon 这两个可能的银河型太空射电源区域, 研究了扩散系数和阿尔芬速度的可能值。 结果: 在典型星系簇时间尺度为 1-5 百万年时, 可将射电加速至 >10^15 eV, 前提是 V_A >300 km/s, 且在 100 TeV 时扩散系数为 D~10^26 cm^2s。这表明银河型太空射电源的二阶费米加速应被视为可能的银河型太空射电来源, 甚至可超过太普能。
引用
@article{arxiv.2406.03555,
title = {Superbubbles as Galactic PeVatrons: The Potential Role of Rapid Second-Order Fermi Acceleration},
author = {Jacco Vink},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.03555},
year = {2024}
}
备注
Submitted to A&A letters. This is a revised version, taking into account the comments by the referee. 5 pages, 3 figures