Аннигиляция позитронов из джетов АЯГ как возможный источник космического гамма-фона на энергиях до 511 кэВ

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Происхождение диффузного гамма-фона в диапазоне от сотен кэВ до нескольких МэВ окончательно не известно. На основе существующих моделей и наблюдений считается, что, по крайней мере частично, этот фон формируется блазарами и остатками сверхновых (СН) типа Ia в далеких галактиках, однако этих вкладов скорее всего недостаточно для объяснения всего наблюдаемого потока. В данной работе мы предлагаем еще один источник, который может вносить вклад в этот фон, а именно джеты активных ядер галактик (АЯГ). Состав этих джетов неизвестен, но есть наблюдательные указания на то, что доля позитронов в них значительна. Позитроны частично выносятся в межгалактическую среду, а частично смешиваются с окологалактической средой и сравнительно быстро аннигилируют в ней. Используя функцию светимости АЯГ, мы оценили скорость производства позитронов и вклад аннигиляции позитронов в космический фон ниже 511 кэВ. Мы также оценили аналогичный вклад аннигиляции позитронов в остатках СН Ia в далеких галактиках. Вклад АЯГ оценивается в 5–10 раз меньшим, чем наблюдаемая интенсивность фона, а вклад СН меньше еще на порядок. Тем не менее, вклад АЯГ оказался больше, чем вклад блазаров, оцененный по наблюдениям Swift-BAT и Fermi-LAT. Основной неопределенностью в нашей модели является доля позитронов, остающихся в окологалактической среде, что делает нашу оценку верхним пределом.

About the authors

Б. А. Низамов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: nizamov@physics.msu.ru
Russian Federation, Москва

М. С. Пширков

МГУ им. М.В. Ломоносова; Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН

Email: nizamov@physics.msu.ru
Russian Federation, Москва; Пущино

References

  1. Аджелло и др. (M. Ajello, J. Greiner, G. Sato, D.R. Willis, G. Kanbach, A.W. Strong, et al.), ApJ 689(2), 666 (2008).
  2. Аджелло и др. (M. Ajello, L. Costamante, R.M. Sambruna, N. Gehrels, J. Chiang, A. Rau, et al.), ApJ 699(1), 603 (2009).
  3. Аджелло и др. (M. Ajello, M.S. Shaw, R.W. Romani, C.D. Dermer, L. Costamante, O.G. King, et al.), ApJ 751(2), 108 (2012).
  4. Асада и др. (K. Asada, S. Kameno, Z.-Q. Shen, S. Horiuchi, D.C. Gabuzda, and M. Inoue), PASJ 58, 261 (2006).
  5. Боросон и др. (B. Boroson, D.-W. Kim, and G. Fabbiano), ApJ 729(1), 12 (2011).
  6. Вайнбергер и др. (R. Weinberger, K. Ehlert, C. Pfrommer, R. Pakmor, and V. Springel), MNRAS 470(4), 4530 (2017).
  7. Ватанабэ и др. (K. Watanabe, D.H. Hartmann, M.D. Leising, L.S. The, G.H. Share, and R.L. Kinzer), in C.D. Dermer, M.S. Strickman, and J.D. Kurfess (eds.), Proceedings of the Fourth Compton Symposium, Vol. 410 of American Institute of Physics Conference Series, pp. 1223–1227 (1997).
  8. Гизеллини и Тавеккио (G. Ghisellini and F. Tavecchio), MNRAS 448(2), 1060 (2015).
  9. Гизеллини и др. (G. Ghisellini, F. Tavecchio, L. Maraschi, A. Celotti, and T. Sbarrato), Nature 515(7527), 376 (2014).
  10. Гилли и др. (R. Gilli, A. Comastri, and G. Hasinger), A&A 463(1), 79 (2007).
  11. Грубер и др. (D.E. Gruber, J.L. Matteson, L.E. Peterson, and G. V. Jung), ApJ 520(1), 124 (1999).
  12. Даниелсон и др. (A.L.R. Danielson, B.D. Lehmer, D.M. Alexander, W. N. Brandt, B. Luo, N. Miller, et al.), MNRAS 422(1), 494 (2012).
  13. Донахью и Войт (M. Donahue and G.M. Voit), Phys. Rep. 973, 1 (2022).
  14. Лацки и др. (B.C. Lacki, S. Horiuchi, and J.F. Beacom), ApJ 786(1), 40 (2014).
  15. Лемер и др. (B.D. Lehmer, W.N. Brandt, D.M. Alexander, E.F. Bell, D.H. McIntosh, F.E. Bauer, et al.), ApJ 657(2), 681 (2007).
  16. Локателли и др. (N. Locatelli, G. Ponti, X. Zheng, A. Merloni, W. Becker, J. Comparat, et al.), arXiv e-prints, p. arXiv:2310.10715 (2023).
  17. Маркони и др. (A. Marconi, G. Risaliti, R. Gilli, L.K. Hunt, R. Maiolino, and M. Salvati), MNRAS 351(1), 169 (2004).
  18. Мартин и др. (P. Martin, J. Vink, S. Jiraskova, P. Jean, and R. Diehl), A&A 519, A100 (2010).
  19. Мерлони и Хайнц (A. Merloni and S. Heinz), MNRAS 388(3), 1011 (2008).
  20. Милн и др. (P.A. Milne, L.S. The, and M.D. Leising), ApJ Suppl. Ser. 124(2), 503 (1999).
  21. Мухерджи и др. (D. Mukherjee, G.V. Bicknell, R. Sutherland, and A. Wagner), MNRAS 461(1), 967 (2016).
  22. Мэтьюс и Шоер (A.P. Matthews and P.A.G. Scheuer), MNRAS 242, 616 (1990).
  23. Низамов и Пширков (B.A. Nizamov and M. S. Pshirkov), Astronomy Letters 49(1), 9 (2023).
  24. Окамото и др. (T. Okamoto, R.S. Nemmen, and R.G. Bower), MNRAS 385(1), 161 (2008).
  25. Ор и Пауэлл (A. Ore and J.L. Powell), Phys. Rev. 75, 1696 (1949).
  26. Прантзос и др. (N. Prantzos, C. Boehm, A.M. Bykov, R. Diehl, K. Ferriere, N. Guessoum, et al.), Reviews of Modern Physics 83(3), 1001 (2011).
  27. Пьянка и др. (P. Pjanka, A.A. Zdziarski, and M. Sikora), MNRAS 465(3), 3506 (2017).
  28. Руди и др. (G.C. Rudie, C.C. Steidel, M. Pettini, R.F. Trainor, A.L. Strom, C.B. Hummels, et al.), ApJ 885(1), 61 (2019).
  29. Руис-Лапуэнте и др. (P. Ruiz-Lapuente, L.-S. The, D.H. Hartmann, M. Ajello, R. Canal, F.K. Ropke, et al.), ApJ 820(2), 142 (2016).
  30. Саволайнен и др. (T. Savolainen, D.C. Homan, T. Hovatta, M. Kadler, Y.Y. Kovalev, M.L. Lister, et al.), A&A 512, A24 (2010).
  31. Сазерленд и Бикнелл (R.S. Sutherland and G.V. Bicknell), ApJ Suppl. Ser. 173(1), 37 (2007).
  32. Сазонов и др. (S.Y. Sazonov, J.P. Ostriker, and R.A. Sunyaev), MNRAS 347(1), 144 (2004).
  33. Стерн и др. (J. Stern, D. Fielding, C.-A. Faucher-Giguere, and E. Quataert), MNRAS 488(2), 2549 (2019).
  34. Тернер и др. (M.L. Turner, J. Schaye, C.C. Steidel, G.C. Rudie, and A.L. Strom), MNRAS 445(1), 794 (2014).
  35. Тернер и др. (R.J. Turner, P.M. Yates-Jones, S.S. Shabala, B. Quici, and G.S.C. Stewart), MNRAS 518(1), 945 (2023).
  36. Тумлинсон и др. (J. Tumlinson, M.S. Peeples, and J.K. Werk), ARAA 55(1), 389 (2017).
  37. Уэда и др. (Y. Ueda, M. Akiyama, K. Ohta, and T. Miyaji), ApJ 598(2), 886 (2003).
  38. Форман и др. (W. Forman, C. Jones, and W. Tucker), ApJ 293, 102 (1985).
  39. Форнаса и Санчес-Конде (M. Fornasa and M.A. Sanchez-Conde), Phys. Rep. 598, 1 (2015).
  40. Фуказава и др. (Y. Fukazawa, H. Matake, T. Kayanoki, Y. Inoue, and J. Finke), ApJ 931(2), 138 (2022)
  41. Фурланетто и Леб (S.R. Furlanetto and A. Loeb), ApJ 572(2), 796 (2002).
  42. Хардкасл (M.J. Hardcastle), MNRAS 475(2), 2768 (2018).
  43. Хориучи и Биком (S. Horiuchi and J.F. Beacom), ApJ 723(1), 329 (2010).
  44. Хушер и др. (E. Huscher, B.D. Oppenheimer, A. Lonardi, R.A. Crain, A.J. Richings, and J. Schaye), MNRAS 500(1), 1476 (2021).
  45. Чан и Лингенфельтер (K.-W. Chan and R.E. Lingenfelter), ApJ 405, 614 (1993).
  46. Чивано и др. (F. Civano, G. Fabbiano, S. Pellegrini, D. W. Kim, A. Paggi, R. Feder, et al.), ApJ 790(1), 16 (2014).
  47. Чиело и др. (S. Cielo, A. Babul, V. Antonuccio- Delogu, J. Silk, and M. Volonteri), A&A 617, A58 (2018).
  48. Чугай (N.N. Chugai), Astronomy Letters 49(5), 209 (2023).
  49. Эрве и др. (O. Hervet, C. Boisson, and H. Sol), A&A 592, A22 (2016).
  50. Юксель и др. (H. Yiiksel, M.D. Kistler, J.F. Beacom, and A.M. Hopkins), ApJL 683(1), L5 (2008).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences