HESS J1427-608：可能的PeV宇宙线加速源

摘要

自1912年宇宙线被发现以来，人们对宇宙线的研究已有超过一百年的历史，但对于银河系内宇宙线的起源却仍不确定。目前，人们普遍认为银河系内的宇宙线主要是由超新星遗迹加速的，但是仍缺乏超新星遗迹可以将宇宙线粒子加速到膝区的直接证据。银河系内宇宙线加速源加速的高能粒子由于受到河内磁场的作用，到达地球时这些粒子已经失去了其方向的信息，但高能粒子在加速源附近区域与分子云等物质的作用会产生强的伽马射线辐射，这为高能宇宙射线源的研究提供了一个重要的研究途径。随着空间和地面伽马射线望远镜的发展，现已积累了大量的高能数据，这对寻找PeV粒子加速源(PeVatron)，研究河内宇宙线的起源提供了绝佳的机会。
　　本文第一章简要介绍了宇宙线、超新星遗迹、PeV宇宙线加速源候选体以及Fermi卫星。
　　本文的第二章主要介绍了研究的一颗TeV未证认源—HESS J1427-608的TeV伽马射线、X射线以及射电波段的观测信息。
　　第三章是本文工作的主要内容，分析了HESS J1427-608附近天区Fermi-LAT87个月的数据，发现HESS J1427-608对应的空间位置上存在着明显的GeV辐射，且该GeV辐射源的能谱同HESS儿427-608的TeV能谱能很好地连接起来，因此认为该GeV辐射源是HESS J1427-608的GeV对应体。此外，通过对其能谱进行分析发现其伽马射线能谱很平，横跨4个量级的能谱能够很好的用一个谱指数2.0的单一幂率谱拟合，并且在～30TeV处仍没有明显的截断现象。
　　在第四章，搜集了HESS J1427-608的多波段观测数据，对其可能的辐射机制进行了讨论。发现HESS J1427-608的辐射机制既可以用轻子也可用强子模型解释。但是，值得注意的是，对于强子起源，质子的截断能量要到几百个TeV甚至PeV量级。因此，HESS J1427-608成为一个可能的PeV宇宙线加速源。由于HESS J1427-608是一颗未证认的TeV源，对其可能的起源也进行了讨论，考虑到河内TeV伽马射线源中脉冲星风云和超新星遗迹占了绝大部分，因此主要讨论了这两种可能的起源。但是，由于缺乏详尽的多波段观测数据，这两种起源都有可能，但也各自存在一些问题。
　　最后，对下一步的工作进行了展望，对于HESS J1427-608的起源需要未来更详细的多波段的观测来对其进行研究，对于其可能是PeV粒子加速源的本质，这需要下一代的切伦科夫望远镜CTA来对其进行验证。

目录

声明

摘要

第一章 宇宙线、超新星遗迹、PeVatron候选体与Fermi卫星

1．1 宇宙线

1．2 超新星遗迹

1．2．1 超新星遗迹的分类

1．2．2 超额星遗迹与宇宙线的联系

1．3 银河系PeV宇宙线加速源(PeVatron)候选体

1．3．1 第谷超新星遗迹(Tycho)

1．3．2 银河系中心(Galactic Centre)

1．3．3 Westerlund 1(Wd1)

1．3．4 HESS J1641-463

1．4 Fermi卫星

1．4．1 Fermi-LAT的结构

1．4．2 Femi-LAT的仪器响应函数

1．4．3 Fermi-LAT的数据分类

第二章 HESS J1427-608的多波段观测

2．1 HESS对HESS J1427-608的TeV观测

2．2 Suzaku对HESS J1427-608的X射线观测

2．3 XMM-Newton对HESS J1427-608附近天区的X射线观测

2．4 射电观测

第三章 基于Fermi-LAT对HESS J1427-608的GeV伽马射线辐射研究

3．1 数据选取

3．2 数据分析及其结果

3．2．1 HESS J1427-608位置处的GeV辐射

3．2．2 空间延展性测试

3．2．3 能谱分析

3．2．4 时变分析

3．3 总结

第四章 HESS J1427-608的辐射机制及其起源研究

4．1 HESS J1427-608辐射机制的讨论

4．1．1 轻子模型

4．1．2 强子模型

4．2 关于HESS J1427-608起源的讨论

4．2．1 超新星遗迹

4．2．2 脉冲星风云

第五章 总结与展望

参考文献

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