伽马射线暴内部激波处的超高能宇宙射线加速

我们研究了伽马射线暴（GRB）内部激波处宇宙射线（CR）质子和原子核的加速过程。利用 Daigne & Mochkovitch (1998) 实现的内部激波模型，估算了物理量及其时间演化。我们考虑了关于内部激波处耗散能量如何在加速的宇宙射线、电子和磁场之间分配的不同假设。我们对 mildly relativistic shocks（ mildly 相对论性激波）处的宇宙射线加速进行了建模，包含了所有显著的能量损失过程。假设相对论性星风中存在比质子重的原子核，我们计算了单个伽马射线暴释放的宇宙射线和中微子。质子只能达到约 $10^{19.5}$ eV 的最大能量，而中等质量和重原子核能够达到约 $10^{20}$ eV 及以上的值。发现从加速位点逃逸的原子核能谱非常硬，而质子和中子的综合能谱则软得多。我们利用 Wanderman & Piran (2010) 给出的伽马射线暴光度函数，计算了地球上预期的弥散超高能宇宙射线（UHECR）通量。只有那些假设瞬时辐射仅代表内部激波处耗散能量的很小一部分，且大部分耗散能量传递给加速宇宙射线的模型，才能重现观测到的 UHECR 通量量级。对于这些模型，UHECR 能谱的观测形状可以得到很好的重现，且成分的演化与 Auger 实验建议的趋势相容。结合最近的成分分析（KASCADE-Grande 实验），我们讨论了较软的质子成分对银河宇宙射线（GCR）到 extragalactic 宇宙射线（EGCR）过渡的影响。相关的次级粒子弥散通量未超出任何当前的观测限制。然而，来自伽马射线暴源的弥散中微子通量应在中微子天文台的使用寿命内被探测到。