超新星遗迹及射电星系中的随机粒子加速

粒子加速过程几乎与所有的高能天体物理现象有关，它是我们理解宇宙中非热辐射和粒子来源的关键。虽然随机加速理论在太阳耀斑研究中获得了明显的成功，但在高能天体物理方面仍需进一步研究，特别是在解释一些射电星系的X射线辐射特征和壳型超新星遗迹的TeV辐射。本项目计划通过理论、数值模拟和高分辨率天文仪器的多波段观测数据，对目前观测到高能辐射的壳型超新星遗迹及射电星系，进行随机粒子加速机制和高能辐射机制的研究。

本项目基本按预期目标完成。随着Fermi望远镜的观测，我们对blazars的高能辐射进行了研究。具体取得的成果如下：（一）超新星遗迹的高能辐射和粒子加速机制，及非热粒子的产生：（1）用随机电子加速模型对SNR RX J1713.7-3946的高能截断进行了研究。结果显示快模式波加速能从观测到的谱中推断出在亚声速相中的相对论电子。假设在激波下游阿尔文波速不变，研究了强的无碰撞的非相对论激波，模拟了Kolmogorov和Kraichnan两种湍流唯象模型的湍流演化，检查了决定非热电子分布的高能截断的过程。（2）关于超新星遗迹TeV辐射的本质仍存在争议，轻子模型和强子模型都能很好地拟合SNR RX J1713.7-3946的谱。我们用Markov Chain Monte Carlo（MCMC）方法，系统地研究了四种轻子模型。研究显示，扩散激波加速模型和在激波下游可压缩波的随机加速模型都能给出较好地拟合。前者在硬X射线波段有更陡的截断。（3）系统调查了SNR RX J1713.7-3946的伽玛射线产生机制，分别研究了轻子模型、强子模型及混合模型三种情况。通过MCMC方法来约束高维度模型参数，发现：轻子模型的模型参数最少，也约束最好，但对TeV数据的拟合相对较差；强子模型虽然对模型参数的约束相对弱些，但得到最好的拟合，并且被加速的粒子有最硬的谱。（4）在许多天体系统中，带电粒子与等离子体波相互作用的随机加速可能产生非热粒子。针对扩散系数的普遍形式，用时间依赖的数值程序来解简化的只涉及时间和能量变量的Fokker-Planck方程。采用Sedov相中粒子加速的自相似模型，用SNR RX J1713.7-3946作为例子来证明我们的模型特征，并用MCMC方法约束模型参数。（二）活动星系核的高能辐射及辐射区位置的约束和红移限制：（5）目前有些活动星系核的红移仍不确定，以及产生高能辐射的区域也不清楚。通过准同时性的多波段数据，利用EBL模型修正高能伽玛射线谱，来限制源的红移；并基于SSC模型和EC模型，限制高能辐射区的位置。对TeV blazar 3C 66A进行了具体研究，显示其红移最可能值为0.21，并得到其高能辐射区处于宽线区的外区域。（6）在前面工作基础上，收集了21个平谱射电类星体的准同时性多波段数据，基于多成分的单区轻子模型，对该样本的高能辐射区位置进行了研究。