脉冲星对银河正电子的贡献

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宇宙线是来自宇宙空间的高能带电粒子,由于星际空间存在微高斯量级的磁场,宇宙线在传播过程中方向发生偏转,因而其起源成为百年未解的“世纪之迷”。宇宙线主要由质子构成,电子只占很少的一部分,正电子约为电子的十分之一。理论研究表明银河系电子(正电子)主要由宇宙线粒子在传播过程中与星际介质相互作用而产生,即电子(正电子)是宇宙线粒子传播过程中产生的次级粒子。但观测表明,在能量大于5 GeV的能区,存在正电子的明显超出。近期PAMELA、Fermi、PPB-BETS和ATIC等实验表明正电子比率随能量的增加而变大,其峰值在数百GeV,正电子超出表明在银河系中存在产生初级正电子的源,而脉冲星是正电子超天体起源最可能的源。在本文中,利用考虑了磁倾角和磁场几何的改进外间隙模型,我们研究了银河伽玛射线脉冲星对银河正电子的可能贡献。在该模型中,外间隙中被减速的初级粒子有一半向中子星表面运动,通过曲率辐射损失能量,这些高能光子将在强磁场中通过级联过程产生大量正负电子对,其中部分正负电子对将从光柱半径处逃离脉冲星的束缚,在脉冲星风中被加速到相对论性能量,最终对观测到的宇宙线正负电子有贡献。利用蒙特卡洛方法,我们产生了年龄小于5×106yr的伽玛射线脉冲星样本,计算了这些脉冲星产生的正负电子,合理解释了观测到的正负电子对超出和总的电子能谱。
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