基于Fermi-LAT的超新星遗迹与星暴星系研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengzi_2008
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自1912年宇宙线被发现以来,人们对宇宙线的研究已有一百多年。然而宇宙线的起源却一直是一个科学难题,目前人们普遍认为银河系内宇宙线主要是由超新星遗迹加速产生。由于星际磁场的存在,人们很难通过对宇宙线的测量得到加速源的信息。但是,高能宇宙线粒子可以通过不同的辐射机制产生伽马射线辐射。随着地面和空间伽马射线望远镜的不断发展,越来越多的超新星遗迹以及其他伽马射线源被发现,这些不断积累的观测数据为我们研究宇宙线的起源、粒子加速等科学问题提供了便利的条件。同时,研究星暴星系的伽马射线性质对于检验宇宙线超新星遗迹起源学说,以及理解在星暴这种极端环境下的粒子加速过程也十分重要。我们的工作主要是基于Fermi-LAT的观测数据,对超新星遗迹、星暴星系和TeV未证认源的辐射机制以及伽马射线性质进行研究。我们通过分析Fermi-LAT的观测数据,发现超新星遗迹HESS J1731-347存在显著的GeV伽马射线辐射,且具有空间延展性。其GeV伽马射线能谱较硬,这与其它几个年轻的TeV壳层型超新星遗迹RX J1713.7-3946、RX J0852.04622、RCW 86和SN 1006类似。通过拟合其多波段观测数据,我们发现强子模型所需的质子谱很硬,而且由于没有观测到超新星遗迹的热X射线辐射,这意味着其周围气体密度可能会很低,也使得强子模型存在质子总能量过高的问题。相比而言,轻子模型能够比较好地解释观测数据。Circinus星系是一个特殊的星暴/AGN混合系统,早在2013年Fermi-LAT便已探测到其GeV伽马射线辐射,但是探测到的Circinus伽马射线光度很高,甚至高于所谓的“质子量能器”极限。基于Fermi-LAT更多的观测数据,我们重新分析了Circinus星系的GeV观测数据。我们发现Circinus星系的GeV伽马射线光度要比之前的观测结果低几倍,这使得Circinus能够基本满足恒星形成星系L0.1-100 GeV-L8-1000 m 与L0.1-100GeV-L1.4 GHz 的经验关系。因此,我们认为 Circinus星系的伽马射线射线辐射可能起源于宇宙线与星际介质相互作用的过程。但是,也不能完全排除其伽马射线辐射来于AGN的活动。HESS J1857+026是一个TeV未证认源,之前HESS J1857+026的高能和甚高能伽马射线辐射都已被探测到。随着Fermi-LAT数据的不断积累,我们重新分析了 HESS J1857+026区域的Fermi-LAT观测数据。分析显示,与之前不同,HESS J1857+026的伽马射线能谱在几个GeV处存在变硬的现象。由于其附近存在脉冲星,因此我们认为其低能段的伽马射线辐射可能来自于脉冲星,而高能段的辐射可能起源于脉冲星风云的轻子过程。此外,其高能段的辐射也可能起源于超新星遗迹的强子过程,低能段来自于超新星遗迹逃逸出的质子与分子云的相互作用。但是由于缺乏多波段的观测数据,对于HESS J1857+026的辐射机制和物理起源仍存在很大不确定性。未来多波段的观测,特别是射电和X射线的观测将助于HESS J1857+026伽马射线辐射起源的研究。
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