超新星遗迹中宇宙射线的时变逃逸及其与致密介质的相互作用

背景：超新星遗迹（SNRs）被认为是银河宇宙射线（CRs）直至宇宙射线能谱“膝区”的主要来源。在超新星遗迹演化过程中，大部分宇宙射线被束缚在超新星遗迹壳层内。最高能粒子持续离开该系统，而剩余的绝热冷却粒子则在超新星遗迹充分膨胀并减速、使得激波处的磁场不再能将其束缚时释放出来。从母系统逃逸的粒子可能与附近的分子云相互作用，在此过程中通过π介子衰变产生$\gamma$射线。然而，观测到的若干与分子云相互作用的超新星遗迹的软$\gamma$射线能谱，对预测更硬能谱的非线性粒子加速理论提出了挑战。目的：我们研究了逃逸粒子的能谱如何依赖于 Ia 型和核心坍缩型超新星遗迹中随时间变化的加速历史，以及超新星遗迹附近扩散系数的不同假设。方法：我们结合超新星遗迹演化的数值模拟，以测试粒子方法求解宇宙射线输运方程。结果：我们将计算超新星遗迹中宇宙射线加速的方法扩展，以追踪超新星遗迹周围大体积内逃逸的粒子。我们计算了两种扩散模型下，从超新星遗迹逃逸进入分子云或致密壳层的宇宙射线能谱的演化。我们发现宇宙射线在超新星遗迹附近区域受到强烈束缚，而对于能够传播至数个超新星遗迹半径之外的宇宙射线，则存在强烈的稀释效应。