超新星遗迹中的多波段非热辐射

Galactic cosmic rays are generally believed to come from supernova remnants in our Galaxy. The emissions from radio to TeV gamma ray have been detected in supernova remnants (SNRs), and these remnants present different radiation characteristics because of the age difference. These observations have provided much information for the study of the particle acceleration and radiation mechanism in supernova remnants. In this project,using multiband data,we will study the radiation characteristics and the physical processes in the middle-aged and young supernova remnants in the frame of the time-dependent particle injection and nonlinear shock acceleration models. At the same time, we will investigate the dynamic structures and particle acceleration processes in SNRs by detailedly numerical simulations, in this simulation, the physical processes are included: the free escape of particles, the feedack effect of magnetic field, resonance flow instability, magnetic field amplification, and the contribution of reverse shock to particle acceleration.

一般认为银河系的超新星遗迹是银河宇宙线的主要的源。目前已经探测到了来自许多超新星遗迹的从射电到 TeV 伽玛射线的辐射，而且不同年龄段的超新星遗迹呈现出不同的辐射特性。这些观测信息为研究超新星遗迹中的粒子加速及辐射机制奠定了坚实的观测基础。本项目拟使用超新星遗迹的多波段观测，基于含时注入模型和非线性激波加速，对中年和年轻超新星遗迹的辐射特性及其物理过程进行研究。同时，将通过详细的数值模拟以及与观测的比较，研究遗迹的动力学结构和粒子加速过程；在该数值模拟中，将考虑粒子自由逃逸、磁场反馈作用、共振流不稳定性、磁场放大效应、反向激波对粒子加速的贡献等物理过程。

超新星遗迹的轮廓及辐射特性一直是天体物理中的研究热点，这对宇宙线起源的研究具有重要意义。本项目针对于超新星遗迹中的流体动力学过程、辐射起源、遗迹与周围介质相互作用开展研究，国内外对这些问题的研究都非常重视。首先，我们统计了不同年龄段超新星遗迹的多波段观测数据，分析了Ferrand 和 Safi-Harb 新数据库中超新星遗迹的年龄、距离、类型和高能观测等的详细信息。其次，简单讨论了激波加速过程中电子最大能量及同步辐射冷却的截断能量随时间的演化，给出不同扩散情况下激波加速过程中同步辐射冷却占主导及电子逃逸占主导时电子能谱的数值解。最后，重点分析了超新星遗迹中的被加速粒子谱和遗迹外的逃逸粒子谱，根据激波演化的不同区域来划分辐射区。在不同的区域，扩散过程是不同的，吸收边界内部粒子的扩散遵循类 Bohm 扩散，而在吸收边界外部，则认为是银河宇宙线扩散。以两个距离很近的特殊高能 TeV 辐射源：HESS J1640-465 和 HESS J1641-463 为研究对象，考虑磁场和粒子扩散的演化，详细分析了超新星遗迹及周围介质中的流体动力学过程和粒子扩散传播过程，自洽地得出光子辐射能谱。同时，考虑到分子云区域次级粒子的产生，我们计算了次级粒子产生的同步辐射能谱，也预言了 HESS J1641-463 的 X 射线辐射的存在。