银河宇宙线空间依赖的 传播模型研究 袁强 紫金山天文台 合作者:郭义庆 2017.09.23 山东威海LHAASO(2017)合作组会议
主要内容 传统宇宙线传播 最近实验观测结果 空间依赖传播模型 总结
传统宇宙线传播模型
宇宙线传播图像 加速 扩散和相互作用 太阳系内传播 地球附近探测 © Igor V. Moskalenko
sources (SNR, nuclear reactions…) diffusive reacceleration 宇宙线传播:扩散模型 sources (SNR, nuclear reactions…) convection diffusion diffusive reacceleration E-loss convection fragmentation radioactive decay
传统传播模型能谱 稳恒态传播: ∂N/∂t = 0 与刚度(~能量)相关的传播系数: DXX = D0(R/R 0)δ 3. 加速源注入能谱: q(E) = J0*E-βexp(-E/Emax) 4. 原初能谱: F原初(E) ~ q(E)/DXX ~ JE-β-δ exp(-E/Emax) 5. 次级/原初谱比例: F次级(E)/F原初(E): ~E-δ
最近实验观测结果 原初宇宙线粒子谱 次级宇宙线粒子谱 弥散伽马射线
AMS-02 collaboration, ICRC(2017) 宇宙线能谱200 GV变硬 AMS-02 collaboration, ICRC(2017)
原初电子也存在变硬 Lin et al. (2015)
次级宇宙线:正电子超出 AMS-02 (2013) Dark matter? Pulsars? …
高能单一幂律行为;TeV/n以上是否存在拐折? 次级宇宙线:B/C AMS-02 (2016) =-0.333±0.014±0.005 高能单一幂律行为;TeV/n以上是否存在拐折?
高能反质子/质子比例不随能量变化,和B/C不一致 次级宇宙线:反质子/质子比 AMS-02 (2016) AMS02 (2016) 高能反质子/质子比例不随能量变化,和B/C不一致
银盘弥散伽马射线超出 Fermi-LAT (2012) 超出只在银盘体现,银晕没有明显超出
根据弥散伽马射线给出的宇宙线强度和能谱随空间位置的变化:跟传统传播模型不一致 (原初)宇宙线空间变化 Yang et al. (2016) AMS02 (2016) 根据弥散伽马射线给出的宇宙线强度和能谱随空间位置的变化:跟传统传播模型不一致
观测结果总结 原初宇宙线能谱在高能段存在变硬 次级粒子普遍存在“超出”,但B/C与antip/p 比例具体行为稍微不太一致 银盘弥散伽马射线存在“超出” 宇宙线能谱存在空间变化
空间依赖传播模型
两相传播模型 Tomassetti (2012) 硬成分 软成分
两相传播模型 Guo et al. (2016)
两相传播模型:原初宇宙线
两相传播模型:次级宇宙线
两相传播模型:弥散伽马射线
两相传播模型:宇宙线空间变化
两相传播模型:宇宙线各向异性
各种模型的比较 Yuan et al. (2011) Vladimirov et al. (2012) Guo et al. (2016b) Tomassetti (2016) Liu et al. (2017) Ohria & Ioka (2011) Guo & Yuan (2017)
谢谢大家 ! 总 结 初级和次级宇宙线能谱在高能段变硬,银 盘伽马射线存在硬成分,宇宙线能谱随空 间位置变化 总 结 初级和次级宇宙线能谱在高能段变硬,银 盘伽马射线存在硬成分,宇宙线能谱随空 间位置变化 传统传播模型解释观测数据存在困难 空间依赖传播:可以理解硬成分的来源, 同时解释原初,次级粒子超出;可以更好 的描述宇宙线的各向异性,空间宇宙线分 布等 谢谢大家 !