作为宇宙射线光谱仪的月球：对 MeV 伽马射线观测的前景
高能天体物理现象
2025-05-09 v2
摘要
月球是最近的伽马射线辐射天体。其伽马射线辐射源于银河宇宙射线 (CR) 与月球表面之间的相互作用。虽然月球的 GeV 伽马射线光谱主要来自 hadronic 衰变过程的连续光谱，但 MeV 辐射表现为连续光谱和来自核 de-excitation 和放射性衰变过程的独特谱线。我们利用 Geant4 蒙特卡洛粒子仿真对月球伽马射线光谱进行建模。我们的结果表明其与 Fermi-LAT 观测一致，预测下代 MeV 伽马射线仪器将检测到月球的 MeV 连续辐射以及几个关键谱线特征，包括来自 28Si de-excitation 的 1.779 MeV 谱线（因月球表面组成而增强）、e+e- 双光子湮灭线，以及来自 22Na (τ≈3.75 年) 和长寿命 26Al (τ≈1 Myr) 的放射性衰变线。这些伽马射线线谱对能量 ≤1 GeV/nuc 的 CRs 具有高度灵敏性，提供了独特的时空探针，用于探测不同时间尺度上的 CR 活动。月球 MeV 伽马射线光谱的观测将因此开启一个新的窗口，用以研究低能 CRs 对日地环境的当前辐照以及其长期时空演化。
引用
@article{arxiv.2504.07195,
title = {The Moon as a Cosmic-Ray Spectrometer: Prospects for MeV Gamma-Ray Observations},
author = {Tatsuki Fujiwara and Ellis R. Owen and Yoshiyuki Inoue and Manel Errando and Kohei Fukuda and Kazuhiro Nakazawa and Hirokazu Odaka and Keigo Okuma and Kentaro Terada and Naomi Tsuji and Yasunobu Uchiyama and Hiroki Yoneda and Ao Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.07195},
year = {2025}
}
备注
15 pages, 8 figures, 1 table, accepted for publication in ApJ