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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2409.01653 (astro-ph)
[提交于 2024年9月3日 ]

标题: 利用宇宙射线电子和正电子谱约束Gemina与地球之间的各向异性扩散

标题: Constraining anisotropic diffusion between Geminga and Earth with the cosmic-ray electron and positron spectrum

Authors:Junji Xia, Xiaojun Bi, Kun Fang, Siming Liu
摘要: 伽马射线晕围绕Geminga表明宇宙射线扩散有显著减少。 这一现象的一种可能解释是在各向异性扩散框架内,垂直于平均磁场的慢扩散投影效应(由扩散系数$D_\perp$表示)。 在这种情况下,平行于平均场的扩散系数($D_\parallel$)可能仍然很大,使Geminga产生的电子和正电子($e^\pm$)能够沿磁场线有效传播到地球,可能导致可观测的$e^\pm$流量。 本研究首先根据Geminga晕的形态和光谱观测确定各向异性模型的基本参数,然后预测Geminga在地球位置产生的$e^\pm$流量。 我们的研究结果表明,通过DAMPE获得的$e^-+e^+$谱可以为各向异性扩散模型提供关键约束:为了确保投影谱不超过观测数据,湍流磁场的阿尔芬马赫数($M_A$)不应低于0.75,对应于$D_\parallel/D_\perp\lesssim3$给出的$D_\perp=D_\parallel M_A^4$。这表明相对于银河系平均值,$D_\parallel$的显著减少可能仍然是必要的。此外,我们的分析显示,在各向异性扩散框架下,Geminga可能在$e^-+e^+$谱中产生一个约1 TeV的明显峰,可能解释了DAMPE初步检测到的异常1.4 TeV过量。
摘要: The gamma-ray halo surrounding Geminga suggests a notable reduction in cosmic-ray diffusion. One potential explanation for this phenomenon is the projection effect of slow diffusion perpendicular to the average magnetic field (represented by the diffusion coefficient $D_\perp$) within an anisotropic diffusion framework. In this context, the diffusion coefficient parallel to the mean field ($D_\parallel$) may remain substantial, allowing electrons and positrons ($e^\pm$) generated by Geminga to effectively propagate towards Earth along magnetic field lines, potentially leading to an observable $e^\pm$ flux. This study initially establishes the fundamental parameters of the anisotropic model based on the morphology and spectral observations of the Geminga halo, and subsequently forecasts the $e^\pm$ flux generated by Geminga at Earth's location. Our findings indicate that the $e^-+e^+$ spectrum obtained by DAMPE can provide critical constraints on the anisotropic diffusion model: to ensure that the projected spectrum does not surpass the observational data, the Alfv\'en Mach number of the turbulent magnetic field ($M_A$) should not fall below 0.75, corresponding to $D_\parallel/D_\perp\lesssim3$ given $D_\perp=D_\parallel M_A^4$. This suggests that a substantial reduction in $D_\parallel$ relative to the Galactic average may still be necessary. Additionally, our analysis reveals that within the anisotropic diffusion framework, Geminga could generate a distinct peak around 1 TeV in the $e^-+e^+$ spectrum, potentially accounting for the anomalous 1.4 TeV excess tentatively detected by DAMPE.
评论: 8页,6图
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2409.01653 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2409.01653v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.01653
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Junji Xia [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 9 月 3 日 06:47:07 UTC (297 KB)
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