脉冲星风云的高能物理过程与空间辐射特性

Pulsar wind nebulae (PWNe) often have multiband emission. Therefore, they are very important laboratories for research on basic physical and astrophysical processes. In this project, based on the spatially dependent model and observational results, the high energy radiation mechanism and spatially radiative properties of PWNe will be investigated. The detailed plan of the project is as follows: (1) Based on our self-consistent and spatially dependent leptonic model, a spatially dependent lepto-hadronic model will be presented, and then the basic physical processes as well as the particles acceleration processes and high energy radiation mechanism of the nebula will be researched. (2) Combined with the observational results, especially for the observations of the Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) of China launched in June 2017, both the spectral energy distributions (SEDs) and the radial variations of the photon index and surface brightness in different energy bands of PWNe will be reproduced. According to the modelling results, the spatially radiative properties and dynamical evolution features of the nebulae will also be investigated, and then the existing theoretical models will be verified and improved.

脉冲星风云是具有明显多波段辐射特性的天体，也是研究一系列基本物理与天体物理过程的重要实验室。本项目拟基于空间相关的粒子传播模型，结合脉冲星风云的观测资料，开展脉冲星风云高能物理过程与空间辐射特性的研究。具体研究内容包括：(1)基于我们已经建立的空间相关的轻子传播模型，构建描述脉冲星风云多波段辐射的空间相关的轻-重子混合传播模型，探讨脉冲星风云中可能存在的基本物理过程，以及粒子的加速机制和高能伽马射线的辐射机制；(2)收集脉冲星风云的多波段观测资料，并结合中国2017年发射的硬X射线调制望远镜卫星所获得的观测信息，重建脉冲星风云的多波段辐射谱和X射线波段的径向非热光子谱指数与表面亮度，开展脉冲星风云空间辐射特性与动力学演化特征的研究，进一步深化和发展现有辐射模型。我们的工作将有助于加深人们对脉冲星风云内部高能物理过程的理解和认识。

脉冲星风云是银河内重要的伽马射线辐射源，H.E.S.S.、HAWC和LHAASO等高能探测器为开展此类天体内部基本物理过程的研究提供了极其丰富的观测信息。本项目中，基于粒子传播与电磁辐射理论，深化和发展了描述脉冲星风云内部相对论性粒子传播与辐射的一维空间相关模型，进而结合脉冲星风云的多波段观测资料，开展了脉冲星风云高能物理过程与空间辐射特性的研究。主要结果如下：（1）建立了一个探讨脉冲星风云内部粒子传播与辐射的一维双区空间相关模型，解释了脉冲星风云G21.5-0.9的多波辐射特性、X射线波段的空间辐射特性和X射线Halo的产生机制；（2）基于一维粒子传播模型，仔细研究了中老年脉冲星风云Vela X的伽马射线空间辐射特性，以及年轻脉冲星风云3C58在X射线波段具有能量相关空间辐射形态的主要物理原因；（3）深化和发展了探讨脉冲星风云内部高能粒子传播与辐射的谱演化模型，研究了脉冲星风云G54.1+0.3的伽马射线辐射机制及其强子过程的可能贡献，以及脉冲星风云Crab、3C58与G54.1+0.3内部高能粒子的主要传播机制。上述研究工作，共计在天体物理学杂志ApJ、MNRAS和A&A上发表论文7篇，有效的促进了人们对脉冲星风云内部相对论性粒子基本物理过程的理解与认识。