伽玛射线超新星遗迹研究新进展

对宇宙线起源问题的探讨,正随着新一代地基和空间伽玛射线望远镜观测的开展而深化.作为普遍认为的能量在"膝"部以下宇宙线粒子主要加速场所的超新星遗迹,在Ge V–Te V能段探测到的样本在不断扩大,一些具有指示性意义的在流量、能谱方面的统计特征也得到显现.为证实作为宇宙线主体的相对论性质子能够由超新星遗迹的激波加速产生,对超新星遗迹的伽玛射线辐射的观测和理论研究,特别对于与分子云作用的超新星遗迹的强子作用伽玛射线辐射的研究,已取得较大的进展,其中W44,IC 443等遗迹在70 Me V附近?0介子衰变的特征性鼓包特别引人瞩目.对强子作用的辐射机制目前已可分为质子就地直接打击和逃逸扩散"照亮"分子云两大类.但对大样本超新星遗迹的伽玛射线辐射更系统的研究,包括对超新星遗迹的伽玛射线及多波段辐射谱进行合理模型计算、澄清这些遗迹所在星际环境中分子气体的分布情况,甚至基本地判明一些遗迹伽玛射线辐射轻强子作用属性等,都还有大量工作要做.本文将概述近年在以上相关各方面研究的进展情况.     

超新星遗迹与分子云作用的多波段研究

超新星遗迹与分子云的物理作用,与当前超新星遗迹领域一些热门问题如热混合型X射线形态、高温气体的过电离现象、遗迹伽玛射线的强子辐射等等密切相关,特别是它已成为检视超新星遗迹加速宇宙线的上佳探针.这篇综述介绍了上述问题的相关研究和最新进展,其中重点介绍了我们的有关工作,如遗迹与分子云作用判据的归纳、分子谱线观测分析、反弹激波机制的引入、对过电离现象的率先解释、强子伽玛射线辐射＂逃逸质子的累积性扩散模型＂的建立等.     

LHAASO与宇宙线起源

宇宙线的能谱延展到超过10¹⁵电子伏特(PeV)的能段,这表明银河系中存在超高能的宇宙线加速源.而近期的甚高能伽马射线观测表明,长期以来被认为是主要宇宙线加速源的超新星遗迹很难把宇宙线加速到超高能.因此,寻找超高能(PeV)宇宙线加速源是宇宙线起源研究中的核心问题.其中一个最直接的方法就是寻找加速源附近宇宙线与星际气体相互作用产生的超高能伽马射线辐射.我国的高海拔宇宙线观测站(LHAASO),由于其在超高能伽马射线能段世界领先的灵敏度,成为这一研究的理想工具.LHAASO半阵列建成后一年之内,已经在银盘上观测到了十二个超高能伽马射线源,在这一领域取得了突破性的进展.本文将介绍这些已得到的观测结果,并对LHAASO全阵列建成后可能的新进展进行展望.     

河外极高能宇宙线的起源

由于大型宇宙线探测器Pierre Auger,Telescope Array等的观测,极高能宇宙线(能量大于1018 e V的宇宙线)的研究取得了很大进展,包括探测到高能能谱变陡,与河外天体源的可能相关性,以及化学成分组成等.然而这些宇宙线的起源天体仍未知.本文将评述河外极高能宇宙线起源的候选天体,包括伽玛射线暴,活动星系核,巨超新星等.同时我们从多信使角度(包括高能中微子,伽玛光子的观测),探讨这些天体是河外极高能宇宙线起源天体的可能性.     

爱因斯坦探针卫星的核塌缩超新星激波暴探测

在核塌缩超新星爆发过程中,当辐射主导的爆炸激波传播到前身星表面附近时,高温辐射逃逸形成激波暴,是超新星最早的电磁信号.激波暴热辐射以紫外和软X射线光子为主,持续时间短暂(~10–1000 s),仅有几个疑似观测事例.爱因斯坦探针卫星开展的大视场、高灵敏度的软X射线快速全天巡天,预期每年将获得几十颗II-P型超新星的激波暴光变曲线,对蓝超巨星爆发和Ib/Ic型超新星的激波暴合计也可能有一到数颗的年探测率,有望用于限制前身星类型、爆前物质损失、超新星爆发机制等.     

一类壳型超新星遗迹非热辐射稳态模型概述

超新星遗迹（SNRs）是宇宙中高能粒子产生地和高能辐射源之一,而对此类天体的粒子加速机制和多波段非热辐射的研究具有重要的意义。本文综述了壳型超新星遗迹的观测特征,动力学演化,概述了一类稳态的非线性扩散激波加速机制,并数值计算了壳型遗迹SN1006的多波段非热辐射。     

气球宇宙线核同位素观测实验

1 引言宇宙线天体物理研究来自宇宙深处的高能粒子,初级宇宙线核成分观测是其中的一个重要课题.初级核成分的观测之所以重要,是因为宇宙线源通过核反应产生大量重核,而在向外传播过程中要与星际物质碰撞产生各种轻核(Li,Be,B 等),测定地球附近的宇宙线核成分,可以帮助人们弄清宇宙线在银河系中的传播机制,弄清宇宙线源内部的核成分和产生机制.芝加哥大学在这一研究领域目前处于领先地位,HEIDI(High Energy Isotope     

超新星遗迹的统计研究

本文讨论了银河系超新星遗迹的距离问题,它是超新星遗迹的基本参量但很不确定.目前对超新星遗迹统计出的亮度与线直径的关系Σ-D关系在第三部分中作了比较,附录中给出155颗超新星遗迹的星表,特别列出了作为求Σ-D关系用的定标距离d(kpc).     

天山射电实验探测极高能中微子和宇宙线

宇宙中微子正开启一个电磁波观测宇宙之外的全新窗口.然而,传统的中微子探测手段由于造价过高,导致探测器有效面积不足或观测时间有限等问题,不便于进行高能中微子(一般认为能量大于1015 eV为超高能,能量大于1018 eV为极高能)的观测.射电阵列,采用造价低、全天候观测的射电天线,可以建造大面积的观测阵列,达到极高能中微子天文学和极高能宇宙线探测所需的高灵敏度.在科技部国家重点基础研究发展计划项目"宇宙第一缕曙光探测"的资助下,原型阵列TREND(天山射电探测中微子探测器)在2011–2012年的运行过程中取得了重要的成果,仅依靠单极化接收天线阵列,首次证明了不依赖于传统粒子探测器的自触发射电探测方式可以对高能粒子大气簇射进行有效探测.我们计划建造一个巨型天线阵列GRAND,这将是世界上1017 eV以上最灵敏的高能中微子望远镜,可以对高能中微子进行有效的观测.     

超新星遗迹与绿色延展天体的相互关系

超新星遗迹是超新星爆发后的残留物,包含爆发喷射物以及周围与其相互作用的物质;绿色延展天体是大质量恒星形成区候选体.这两类天体都与大质量恒星的形成与死亡有密切关系.本文尝试探究超新星遗迹与绿色延展天体的相互关系,以期对超新星是否促进大质量恒星形成这一问题有进一步了解.本研究通过计算得到14组超新星遗迹和绿色延展天体的相对距离,发现最小的也在百秒差距量级.通过分析274个超新星遗迹与298个绿色延展天体的空间分布,发现相对于其他区域,超新星遗迹附近的绿色延展天体明显多一些,但可能是因为超新星遗迹附近分子云密度大造成.斯必泽红外空间望远镜的巡天范围在银纬b=±1°内,在此范围以外的超新星遗迹附近的绿色延展天体是使用美国宇航局广角红外巡天探测器(WISE)巡天数据搜寻的,找到了4个绿色延展天体.得到的初步结论是超新星遗迹并不能直接促使绿色延展天体形成,但它们之间或许有间接联系.     

太阳大气等离子体动力学射电成像探测系统

揭示太阳爆发活动的起源、研究太阳活动规律、预测预报太阳爆发事件的发生既是一个重要的天文学问题,也是保障近地空间环境安全和众多现代高技术系统安全运行的重要依据.要达到这一目标,要求望远镜具备探测太阳元爆发、并能覆盖太阳爆发能量释放区域和传播演变区域的能力.上述科学需求和太阳望远镜技术的发展趋势表明,未来伴随地基大口径光学望远镜的发展,将主要向太阳空间望远镜发展,地基则应该是发展大型射电望远镜设施.本文指出在我国现有的新一代厘米-分米波射电日像仪MUSER和即将建设的子午II期米波-10 m波射电日像仪的技术基础上,未来可建设一个地基望远镜探测阵列,其最大基线长度为30 km左右,最高空间分辨率达到0.2″,具备对太阳大气等离子体中各种爆发现象的元爆发过程进行详细观测的能力.本文对相应的阵列方案、技术参数进行了初步的研究和设计.     

银河系宇宙线相互作用的GALPROP模拟浅析

宇宙线从源产生后传播到地球要和星际介质、磁场和辐射场等发生相互作用,它把天体物理源、星际空间环境等因素都联系起来,是获取天体物理信息的重要手段之一。GALPROP是一个数值求解宇宙线传播的程序包,包含了宇宙线传播中的各种物理过程,它能在统一的模型框架下模拟宇宙线的相互作用,尽可能利用真实的天体物理信息,达到模拟银河系宇宙线相互作用的真实情况。     

天体粒子物理新世界

2002年2月5～7日在葡萄牙Algarve大学召开了“第四次天体粒子物理新世界国际会议”，这次国际会议的每个分会都对当前各领域状况做了一个综述，会上讨论的内容包括宇宙学参数、中微子物理和天体物理、引力波、宇宙线起源、传播和交互作用、极端状态下的物质、超新星和暗物质等。各领域的专家介绍了疏远超新星和宇宙学背景辐射近期成果，引力波探测新计划，国际空间站极高能宇宙线检测情况，     

爱因斯坦探针:探索变幻多姿的X射线宇宙专题·编者按

正每当我们仰望夜空,头顶灿烂而静谧的星空总能给人一种安宁、祥和的心灵抚慰.事实上,除了绝大多数看似永恒不变、周而复始的恒星之外,宇宙中还充满了另一类出没无常、忽隐忽现、来去匆匆的所谓的暂现天体,只是人眼一般难以察觉.这类天象在我国古代被称为"客星".我国是最早观测和记录暂现天体的国家,其中最著名的是对公元1054年的"天关客星"的观测记录.这是一次壮观的银河系超新星爆发,其残骸形成了现在的蟹状星云(NGC1952);宋代天文学家的观测为现代天文学研究超新星遗迹和超新星提供了关键信息.作为时域天文学的     

高能伽玛射线观测研究进展和展望

高能伽玛射线辐射位居宇宙电磁辐射频带的高端,联系宇宙天体巨大能量释放和相对论性粒子加速及其非热辐射过程,是探索极端条件下物理过程的重要天文窗口,也是研究"世纪之谜"——宇宙线起源问题的重要手段.随着新一代探测器的稳定运行,天基和地基伽玛射线探测均取得了丰硕成果.在100 Me V能段,2008年上天的Fermi卫星已将伽玛射线源由三百增加到三千多个.在100 Ge V能段,地面切伦科夫望远镜HESS,MAGIC,VERITAS和地面EAS阵列Tibet ASγ,Milagro,ARGO-YBJ,自2003年以来已将伽玛射线源由十多个提升到一百六十个,同时,下一代探测器CTA和LHAASO也在稳步推进中,未来将把地基探测能力提升一个量级以上.本文主要介绍各家实验概况及其取得的重要观测进展,然后分类概括各种类伽玛射线源(脉冲星及其风云、超新星遗迹、伽玛射线双星、活动星系核、伽玛射线暴及其他伽玛射线源)的观测研究现状,并对未来CTA和LHAASO实验进行展望.     

近代天体物理学中的一些新发现

六十年代以来,天文观测技术不断改进和提高,许多观测手段取得了突飞猛进的发展,尤其在射电观测领域里,继多天线干涉仪和综合口径射电望远镜之后,又出现了长基线干涉仪,其对观测目标的分辨本领可以高达万分之一角秒。观测的波段也是不断扩展,从γ射线、X射线一直到红外线、米波无线电波。加之大气外观测技术的日臻完善,可以说已经接近实现全波段的天文观测。所有这些,为我们提供了大量的、崭新的观测资料。与此相反,     

宇宙线日周期变化研究

到达地球的宇宙线强度可能存在着日周期变化,研究宇宙线恒星日和太阳日周期变化对解决宇宙线起源、传播以及调制等这些基本问题有重要意义.首先对仿真信号进行周期分析处理,给出利用周期折叠分析法要区分宇宙线中可能的太阳日和恒星日周期信号,需要至少7.6年的宇宙线数据.然后利用羊八井Tibet ASγ阵列1994—2003年间记录的宇宙线触发率数据,气象修正后,将小波变换与折叠周期分析方法相结合,对10TeV宇宙线太阳日和恒星日周期变化情况进行分析研究,发现了宇宙线中的1.0d(太阳日)周期,其信噪比为46.3,变化幅度约为0.48%,最大值处的相位约为0.82(19.7h),没有发现0.997d(恒星日)周期.     

对超新星遗迹IC 443的CO观测研究

展示了对超新星遗迹IC 443及其相互作用的分子云区域进行的¹²CO, ¹³CO和C¹⁸O三条谱线同时成图观测. 这是在这个区域进行的第一次大尺度, 高分辨率的¹³CO成图观测. ¹²CO和 ¹³CO的分布与光学, 红外, X射线以及中性氢(HI)等图像进行了多波段比较. 通过研究不同区域内¹²CO, ¹³CO和HI原子气体的运动学特征, 给出了受到激波扰动的气体团块的运动学信息. 在B区, 基于Wang 和Scoville(1992)的工作提出了新的模型, 这个模型很自然地解释了在尺度较小的区域中, 同时存在不同速度激波的原因. 利用HI和CO在空间和速度上的不同分布对这个模型进行了验证. 对B区中心区域, 给出了分子气体在激波作用下的离解率随激波速度的变化关系. 第一次给出了这个区域受到激波作用的 ¹³CO长时间积分的谱线, 由此计算了 ¹²CO的光学厚度, 并就受激波作用后的¹²CO谱线光学薄的假设加以讨论验证.     

中意合作西藏羊八井ARGO-YBJ实验成果概览

文章简要介绍了中意合作西藏羊八井ARGO-YBJ宇宙线观测实验的物理目标和探测原理,重点概述了ARGO-YBJ阵列自2007年稳定运行以来在宇宙线实验观测中取得的重要成果,如甚高能γ点源、大尺度各向异性、宇宙线月亮阴影效应和全粒子谱等。     

费米伽玛射线空间望远镜最初3个月观测Blazar的射电和伽玛射线辐射研究

以费米伽玛射线空间望远镜运行来最初3个月观测的Blazar为样本,给出了74个(46个平谱射电类星体,28个BL Lac天体)伽玛射线噪Blazar天体的射电(5 GHz)和伽玛射线流量,计算了射电到伽玛射线辐射的有效谱指数αRγ.研究了有效谱指数及射电光度与伽玛射线光度的关系.结果表明:对于射电和伽玛射线光度都有一个...