Прискорення космічних променів у залишках Гіпернових, що розширюються у вітрових бульбашках зір-попередників типу Вольфа-Райє
Heading:
| 1Маслюх, ВО, 1Гнатик, БІ 1Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, Україна |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2013, 29(5):3-24 |
| Start Page: Позагалактична астрономія |
| Мова: українська |
Анотація: Актуальною проблемою сучасної астрофізики є походження спостережуваних космічних променів з енергіями понад 1017 еВ, які перевищують очікувані енергії у випадку прискорення космічних променів залишками Наднових в нашій Галактиці. Одними з можливих галактичних джерел космічних променів з енергіями до 1019 еВ є залишки Гіпернових — надпотужних спалахів Наднових, попередниками яких вважають масивні зорі типу Вольфа — Райє. Аналізуються особливості прискорення космічних променів у залишках Гіпернових, що розширюються у вітрових бульбашках зір-попередників типу Вольфа — Райє. Показано, що максимальні енергії цих космічних променів, навіть за порівняно консервативного вибору значень параметрів процесу прискорення, досягають 1018еВ, а їхній внесок у спостережуваний в околиці Землі потік космічних променів з енергіями 1016...1018еВ становить десятки відсотків при частоті вибухів Гіпернових у Галактиці в сучасну епоху NS ~ 10-4 рік-1. |
| Ключові слова: гіпернова, зорі-попередники типу Вольфа-Райє, космічні промені |
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).