基于Fermi和AMS02的宇宙线物理和暗物质搜寻研究

宇宙线物理的研究如今已进入多波段、多信使的阶段。除了宇宙线本身，多波段的电磁辐射，以及中微子的观测对于理解宇宙线的问题都至关重要，其中尤以高能伽玛射线最为突出。Fermi和AMS02(即将发射)是最新一代空间伽玛射线和宇宙线探测器，具有迄今为止最高的灵敏度和分辨率。本项目旨在以Fermi和AMS02的观测结果为基础，结合可能的多波段电磁辐射以及中微子辐射观测数据，开展宇宙线物理及相关高能天体物理的研究，并且搜寻可能的暗物质信号或者限制暗物质模型。主要研究内容包括：根据Fermi的高精度伽玛射线观测研究源的伽玛辐射机制，以及其中微子辐射，从而研究宇宙线的产生和加速过程；根据Fermi弥散伽玛射线辐射以及AMS02的宇宙线观测结果研究宇宙线传播模型，确定传播参数；在精确了解各种主要天体物理过程产生的宇宙线和伽玛射线辐射的基础上搜寻可能的暗物质信号，研究对暗物质模型的预示或者限制。

本项目主要在如下三个方面开展研究工作：1) 结合Fermi观测结果的伽玛天文和宇宙线研究；2) 结合AMS-02观测结果的宇宙线研究；3) 利用Fermi和AMS-02数据限制暗物质模型。我们在这几个方面均开展了系列工作，提出了新的观点和模型理解观测数据，也发展了一些新的数据分析方法。我们提出了超新星遗迹伽玛射线辐射的统一模型，简单自然地解释了超新星遗迹GeV-TeV伽玛射线辐射的多样性，并为宇宙线起源于超新星遗迹提供了证据；通过分析Fermi数据我们还发现了来自超新星遗迹RCW86的伽玛射线辐射；我们率先指出传统的宇宙线背景模型无法解释AMS-02和PAMELA/Fermi/HESS等实验测量的宇宙线正负电子的结果，并提出引入原初电子谱变硬的修正背景模型可以更好地解释数据，该模型意味着我们可能已经看到邻近源产生的宇宙线电子；我们还提出一个新的快速有效的方法利用Fermi数据限制暗物质模型。本项目资助完成研究论文19篇(SCI检索18篇)，均发表在国际著名天文和物理刊物上。这些论文获得了较为广泛的关注，共计被引用超过250次，其中引用超过20次的论文有7篇(ADS检索)。本项目基本上完成了计划研究内容，达到了预期的目标。