Ускорение космических лучей в остатках гиперновых, расширяющихся в ветровых пузырях звезд-предшественников типа Вольфа-Райе
Рубрика:
| 1Маслюх, ВО, 1Гнатык, БИ 1Астрономическая обсерватория Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2013, 29(5):3-24 |
| Start Page: Внегалактическая астрономия |
| Язык: украинский |
Аннотация: Актуальной проблемой современной астрофизики является происхождение наблюдаемых космических лучей с энергиями более 1017 эВ, которые превышают ожидаемые энергии в случае ускоре- ния космических лучей остатками Сверхновых в нашей Галактике. Одними из возможных галактических источников космических лучей с энергиями до 1019 эВ есть остатки Гиперновых — сверхмощных вспышек Сверхновых, предшественниками которых считают мас-сивные звезды типа Вольфа — Райе. Анализируются особенности ускорения космических лучей в остатках Гиперновых, расширяющихся в ветровых пузырях звезд-предшественников типа Вольфа — Райе. Показано, что максимальные энергии этих космических лучей, даже при сравнительно консервативном выборе значений параметров процесса ускорения, достигают 1018 эВ, а их вклад в наблюдаемый в окрестности Земли поток космических лучей с энергиями 1016...1018 эВ составляет десятки процентов при частоте взрывов Гиперновых в Галактике в современную эпоху NS ~ 10-4 год-1. |
| Ключевые слова: гиперновой, звезды-предшественники типа Вольфа-Райе, космические лучи |
References:
1. R. Aloisio, V. Berezinsky, P. Blasi, et al., "A dip in the UHECR spectrum and the transition from galactic to extragalactic cosmic rays". Astropart. Phys. 27 (1), 76—91 (2007).
2. Arthur S. J. Wind-blown bubbles around evolved stars // Diffuse matter from star forming regions to active galaxies - A volume honouring John Dyson / Eds T. W. Hartquist, J. M. Pittard, S. A. E. G. Falle. — Dordrecht: Springer, 2007.— P. 183—203. —(Ser.: Astrophysics and Space Science Proceedings).
3. W. I. Axford, "The origins of high-energy cosmic rays". Astrophys. J. Suppl. Ser. 90 (2), 937—944 (1994).
4. A. Bell, S. Lucek, "Cosmic ray acceleration to very high energy through the non-linear amplification by cosmic rays of the seed magnetic field". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 321 (3), 433—438 (2001).
5. A. R. Bell, K. M. Schure, B. Reville, "Cosmic ray acceleration at oblique shocks". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 418 (2), 1208—1216 (2011).
6. R. Blandford, C. McKee, "Fluid dynamics of relativistic blast waves". Phys. Fluids. 19, 1130—1138 (1976).
7. R. Budnik, B. Katz, A. MacFadyen, E. Waxman, "Cosmic rays from transrelativistic super¬novae". Astrophys. J. 673 (2), 928—933 (2008).
8. D. Caprioli, P. Blasi, E. Amato, "The contribution of supernova remnants to the galactic cosmic ray spectrum". Astropart. Phys. 33 (3), 160—168 (2010).
9. D. Caprioli, P. Blasi, E. Amato, "Non-linear diffusive shock acceleration with free-escape boundary". Astropart. Phys. 33 (5—6), 307—311 (2010).
10. D. Caprioli, P. Blasi, E. Amato, "Non-linear diffusive acceleration of heavy nuclei in supernova remnant shocks". Astropart. Phys. 34 (6), 447—456 (2011).
11. D. Caprioli, H. Kang, A. E. Vladimirov, T. W. Jones, "Comparison of different methods for non-linear diffusive shock acceleration". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 407 (3), 1773—1783 (2010).
12. P. A. Crowther, A. W. Fullerton, D. J. Hillier, et al., "Far ultraviolet spectroscopic explorer spectroscopy of the O VI resonance doublet in Sand 2 (WO)". Astrophys. J. 538 (1), L51—L55 (2000).
13. Donatode, G. A. Medina-Tanco, "Experimental constraints on the astrophysical interpretation of the cosmic ray Galactic-extragalactic transition region". Astropart. Phys. 32 (5), 253—268 (2009).
14. J. J. Eldridge, "Asymmetric Wolf-Rayet winds: implications for gamma-ray burst afterglows". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 377, L29—L33 (2007).
15. J. Eldridge, F. Genet, F. Daigne, R. Mochkovitch, "The circumstellar environment of Wolf-Rayet stars and gamma-ray burst afterglows". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 367 (1), 186—200 (2006).
16. D. Ellison, A. Vladimirov, "Magnetic field amplification and rapid time variations in SNR RX J1713. 7-3946". Astrophys. J. 673 (1), L47—L50 (2008).
17. Y. -Z. Fan, "Cosmic ray protons in the energy range 1016 — 1018. 5 eV: stochastic gyroresonant acceleration in hypernova shocks?". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 389 (3), 1306—1310 (2008).
18. G. Ferrand, A. Decourchelle, J. Ballet, et al., "3D simulations of supernova remnants evolution including non-linear particle acceleration". Astron. and Astrophys. 509, L10—L14 (2010).
19. B. I. Gnatyk, "Evolution of supernova remnants in a medium with a largescale density gradient". Sov. Astron. Lett. 14 (4), 309 (1988).
20. E. J. Greenfield, J. R. Jokipii, J. Giacalone, Magnetohydrodynamic fluid stability in the presence of streaming cosmic rays, ( 2012.—.) arXiv:1205.0269
21. A. M. Hillas, "Can diffusive shock acceleration in supernova remnants account for high- energy galactic cosmic rays?", J. Phys. G: Nucl. and Part. Phys.—2005.—31, N 5.— P. R95—R131.,
22. J. Hjorth, J. S. Bloom, "The GAMMA-ray burst — supernova connection", GAMMA— Ray Bursts , Eds C. Kouveliotou, R. A. M. J. Wijers, S. E. Woosley ( Cambridge: Univ. Press, 2011), Chapter 9.
23. J. R. Hrandel, "Cosmic-ray composition and its relation to shock acceleration by supernova remnants". Adv. Space Res. 41, 442—463 (2008).
24. H. Kang, D. Ryu, T. W. Jones, "Self-similar evolution of cosmic-ray modified shocks: the cosmic-ray spectrum". Astrophys. J. 695 (2), 1273—1288 (2009).
25. M. Limongi, A. Chieffi, "Presupernova evolution and explosion of massive stars with mass loss". AIP Conf. Proc. 924, (The Multicolored land¬scape of compact objects and their explosive origins)(2007)
26. R. -Y. Liu, X. -Y. Wang, "Energy spectrum and chemical composition of ultrahigh energy cosmic rays from semi-relativistic hypernovae". Astrophys. J. 746 (1), 40—50 (2012).
27. R. -Y. Liu, X. -Y. Wang, Z. -G. Dai, "Nearby low-luminosity gamma-ray bursts as the sources of ultra-high-energy cosmic rays revisited". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 418 (2), 1382—1391 (2011).
28. A. Marcowith, F. Casse, "Postshock turbulence and diffusive shock acceleration in young supernova remnants". Astron. and Astrophys. 515, A90— A115 (2010).
29. A. Marcowith, M. Lemoine, G. II. Cosmic-rayPelletier, "Turbulence and particle acceleration in collisionless supernovae remnant shocks". Astron. and Astro¬phys. 453 (1), 193—202 (2006).
30. C. McKee, S. Colgate, "Relativistic shock hydrodynamics". Astrophys. J. 181, 903—938 (1973).
31. G. Pelletier, M. Lemoine, A. I. AnisotropicMarcowith, "Turbulence and particle acceleration in collisionless supernovae remnant shocks". Astron. and Astrophys. 453 (1), 181—191 (2006).
32. V. S. Ptuskin, V. N. Zirakashvili, "On the spectrum of high-energy cosmic rays produced by supernova remnants in the presence of strong cosmic-ray streaming instability and wave dissipation". Astron. and Astrophys. 429, 755—765 (2005).
33. S. Schulze, S. Klose, G. Bjrnsson, et al., "The circumburst density profile around GRB progenitors: a statistical study". Astron. and Astrophys. 526, 23— 43 (2011).
34. K. M. Schure, A. R. Bell, DruryO’C, A. M. Bykov, "Diffusive shock acceleration and magnetic field amplification". Space Sci. Revs. (2012.).
35. A. M. Soderberg, S. Chakraborti, G. Pignata, et al., "A relativistic type Ibc supernova without a detected gamma-ray burst". Nature. 463 (7280), 513— 515 (2010).
36. A. M. Soderberg, S. R. Kulkarni, E. Nakar, et al., "Relativistic ejecta from X-ray flash XRF 060218 and the rate of cosmic explosions". Nature. 442 (7106), 1014—1017 (2006).
37. L. G. Sveshnikova, "The knee in the Galactic cosmic ray spectrum and variety in Super¬novae". Astron. and Astrophys. 409, 799—807 (2003).
38. J. L. Synge, The relativistic gas, ( Amsterdam, North-Holland, 1957.—108 p.)
39. V. Tatischeff, "Radio emission and nonlinear diffusive shock acceleration of cosmic rays in the supernova SN 1993J". Astron. and Astrophys. 499 (1), 191— 213 (2009).
40. J. A. Toala, S. J. Arthur, "Radiation-hydrodynamic models of the evolving circumstellar medium around massive stars". Astrophys. J. 737 (2), 100—125 (2011).
41. Marlevan, N. Langer, A. Achterberg, G. Garcia-Segura, "Forming a constant density medium close to long gamma-ray bursts". Astron. and Astrophys. 460, 105—116 (2006).
42. A. E. Vladimirov, A. M. Bykov, D. C. Ellison, "Turbulence dissipation and particle injection in nonlinear diffusive shock acceleration with magnetic field amplification". Astrophys. J. 688 (2), 1084—1101 (2008).
43. X. -Y. Wang, S. Razzaque, P. Meszaros, "On the origin and survival of ultra-high-energy cosmic-ray nuclei in gamma-ray bursts and hypernovae". Astrophys. J. 677, 432—440 (2008).
44. X. -Y. Wang, S. Razzaque, P. Meszaros, Z. -G. Dai, "High-energy cosmic rays and neutrinos from semirelativistic hypernovae". Phys. Rev. D. 76 (8) (2007).
45. S. E. Woosley, "Models for GAMMA-ray burst progenitors and central engines", GAMMA—Ray Bursts , Eds C. Kouveliotou, R. A. M. J. Wijers, S. E. Woosley ( Cambridge: Univ. Press, 2011), Chapter 10.
46. V. N. Zirakashvili, F. A. Aharonian, "Nonthermal radiation of young supernova remnants: the case of RX J1713. 7-3946". Astrophys. J. 708 (2), 965— 980 (2010).