O VKLADE PUL'SARNOY TUMANNOSTI PSR J0437–4715 V OKOLOZEMNYE POTOKI ANTIPROTONOV I POZITRONOV V DIAPAZONE GEV-TEV

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Орбитальными обсерваториями PAMELA и AMS-02 обнаружен значимый избыток потока позитронов с энергиями выше нескольких десятков ГэВ над ожидаемым в моделях их вторичного происхождения за счет неупругих столкновений ядер космических лучей (КЛ) с межзвездным веществом. Избыток может быть связан с аннигиляцией или распадами гипотетических частиц темной материи или, альтернативно, с вкладом локальных источников первичных позитронов и, в частности, пульсаров. Напротив, наблюдаемые AMS-02 потоки антипротонов с энергиями выше ГэВ не противоречат, с учетом неопределенностей, моделям их вторичного происхождения. Отношение наблюдаемого потока позитронов к потоку антипротонов практически не зависит от энергии в диапазоне от 60 до 400 ГэВ. Такое поведение можно понять, если наблюдаемые локальные спектры античастиц в диапазоне десятков-сотен ГэВ формируются одним и тем же источником. Релятивистские ветры пульсаров инжектируют ускоренные электроны и позитроны в межзвездную среду. Быстро движущиеся пульсары формируют туманности с головными ударными волнами (УВ), ускоряющие по механизму Ферми в сталкивающихся течениях как свежеинжектированные позитроны и электроны пульсарного ветра, так и адроны и лептоны галактических КЛ из межзвездной среды. Такая система может формировать одинаковые спектры частиц независимо от способа их инжекции. Ближайший к Земле миллисекундный пульсар PSR J0437–4715 формирует пульсарную туманность с наблюдаемой в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах головной УВ, и наряду с пульсаром Геминга является возможным кандидатом на роль главной околоземной “фабрики” античастиц. Рассматривая PSR J0437–4715, мы демонстрируем на основе моделирования ускорения частиц методом Монте-Карло и аналитической модели анизотропной диффузии в локальной межзвездной среде, что вклад этого пульсара может объяснять наблюдаемый поток позитронов в диапазоне 30 ГэВ–1 ТэВ, и одновременно — поток антипротонов на сотнях ГэВ с независящим от энергии отношением потоков античастиц. Модель позволяет достигнуть наблюдаемых потоков античастиц, если ∼25% мощности пульсарного ветра PSR J0437–4715 передается ускоренным позитронам и электронам и используется на повторное ускорение антипротонов.

About the authors

A. E. Petrov

Author for correspondence.
Email: a.e.petrov@mail.ioffe.ru

A. M. Bykov

Email: byk@astro.ioffe.ru

References

  1. Абейсекара и др. (A.U. Abeysekara, A. Albert, R. Alfaro, et al.), Science 358, 911 (2017).
  2. Агуилар и др. (M. Aguilar, D. Aisa, A. Alvino, et al.), Phys. Rev. Lett. 113, 121102 (2014).
  3. Агуилар и др. (M. Aguilar, L. Ali Cavasonza, B. Alpat, et al.), Phys. Rev. Lett. 117(9), 091103 (2016).
  4. Агуилар и др. (M. Aguilar, L. Ali Cavasonza, G. Ambrosi, et al.), Phys. Rep. 894, 1 (2021).
  5. Агуилар и др. (M. Aguilar, G. Ambrosi, H. Anderson, et al.), Phys. Rev. Lett. 134(5) 051002 (2025).
  6. Адриани и др. (O. Adriani, G.C. Barbarino, G.A. Bazilevskaya, et al.), Nature (London) 458, 607 (2009).
  7. Амато, Аронс (E. Amato and J. Arons), Astrophys. J. 653, 325 (2006).
  8. Амато, Олми (E. Amato and B. Olmi), Universe 7, 448 (2021).
  9. Аердкер и др. (S. Aerdker, R. Habegger, L. Merten, E. Zweibel, and J. Becker Tjus), Astron. Astrophys. 703, A51 (2025).
  10. Аронс (J. Arons), Space Sci. Rev., 173, 341 (2012).
  11. Бергстрем и др. (L. Bergström, T. Bringmann, and J. Edsjö), Phys. Rev. D 78, 103520 (2008).
  12. Березинский и др. (В.С. Березинский, С.В. Буланов, В.Л. Гинзбург, В.А. Догель, В.С. Птускин), Астрофизика космических лучей (М.: Наука, 1990).
  13. Бертоне и др. (G. Bertone, D. Hooper, and J. Silk), Phys. Rev. 405, 279 (2005).
  14. Браунсбергер, Романи (S. Brownsberger and R.W. Romani), Astrophys. J. 784, 154 (2014).
  15. Быков и др. (A.M. Bykov, P.E. Gladilin, and S.M. Osipov), MNRAS 429, 2755 (2013).
  16. Быков и др. (A.M. Bykov, E. Amato, A.E. Petrov, et al.), Space Sci. Rev. 207, 235 (2017).
  17. Быков и др. (A.M. Bykov, A.E. Petrov, A.M. Krassilchtchikov, et al.), Astrophys. J. Lett. 876, L8 (2019).
  18. Быков и др. (A.M. Bykov, A.E. Petrov, and K.P. Levenfish), Fluid Dynamics 59(8), 2377, (2024).
  19. Владимиров и др. (A.E. Vladimirov, S.W. Digel, G. Jóhannesson, et al.), Comput. Phys. Commun. 182, 1156 (2011).
  20. Владимиров и др. (A.E. Vladimirov, G. Jóhannesson, I.V. Moskalenko, and T.A. Porter), Astrophys. J. 752(1), 68 (2012).
  21. Гинзбург, Сыроватский (V.L. Ginzburg and S.I. Syrovatskii), The Origin of Cosmic Rays (Macmillan, New York, 1964).
  22. Гримальдо и др. (E. Grimaldo, A. Reimer, R. Kissmann, F. Niederwanger, and K. Reitberger), Astrophys. J. 871, 55 (2019).
  23. Деллер и др. (A.T. Deller, J.P.W. Verbiest, S.J. Tingay, and M. Bailes), Astrophys. J. 685, L67 (2008).
  24. Ди Мауро и др. (M. Di Mauro, F. Donato, M. Korsmeier, et al.), Phys. Rev. D 108(6), 063024 (2023).
  25. Дизинг, Каприоли (R. Diesing and D. Caprioli), Phys. Rev. D 101(10), 103030 (2020).
  26. Догель и др. (V.A. Dogiel, A.V. Gurevich, Ya.N. Istomin, and K.P. Zybin), MNRAS 228, 843 (1987).
  27. Кассе и др. (F. Casse, M. Lemoine, and G. Pelletier) Phys. Rev. D 65, 023002 (2002).
  28. Кирк и др. (J.G. Kirk, A.W. Guthmann, Y.A. Gallant, et al.), Astrophys. J. 542(1), 235 (2000).
  29. Ксиа и др. (J. Xia, Bi Xiaojun, K. Fang, and S. Liu), Astrophys. J. 978(2), id.162 (2025).
  30. Мальков, Москаленко (M.A. Malkov and I.V. Moskalenko), Astrophys. J. 911, 151 (2021).
  31. Мальков, Москаленко (M.A. Malkov and I.V. Moskalenko), Astrophys. J. 933, 78 (2022).
  32. Мальков, Лемон (M.A. Malkov and M. Lemoine), Phys. Rev. E 107, id.025201 (2023).
  33. Манкони и др. (S. Manconi, M. Di Mauro, and F. Donato), Phys. Rev. D 102(2), 023015 (2020).
  34. Мерч и др. (P. Mertsch, et al.), Phys. Rev. D. 104, 103029 (2021).
  35. Москаленко, Стронг (I.V. Moskalenko and A.V. Strong), Astrophys. J. 493, 694 (1998).
  36. Москаленко и др. (I.V. Moskalenko, A.W. Strong, S.G. Mashnik, and J.F. Ormes), Astrophys. J. 565(1), 280 (2002).
  37. Москаленко и др. (I.V. Moskalenko, A.W. Strong, S.G. Mashnik, and J.F. Ormes), Astrophys. J. 586(2), 1050 (2003).
  38. Оруза и др. (L. Orusa, S. Manconi, F. Donato, and M. Di Mauro), JCAP 2025(02), 029 (2025).
  39. Осипов и др. (S.M. Osipov, A.M. Bykov, A.E. Petrov, et al.), J. Phys.: Conf. Ser. 1697, 012009 (2020).
  40. Ранжелов и др. (B. Rangelov, G.G. Pavlov, O. Kargaltsev, et al.), Astrophys. J. 831, 129 (2016).
  41. Реардон и др. (D.J. Reardon, G. Hobbs, W. Coles, et al.), MNRAS 455, 1751 (2016).
  42. Силк, Средницки (J. Silk and M. Srednicki), Phys Rev. L 53, 624 (1984).
  43. Стронг и др. (A.W. Strong, I.V. Moskalenko, and V.S. Ptuskin), Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 57, 285 (2007).
  44. Танг, Пиран (X. Tang and T. Piran), MNRAS 484, 3491 (2019).
  45. Тротта и др. (R. Trotta, G. Johannesson, I.V. Moskalenko, et al.), Astrophys. J. 729, 106 (2011).
  46. Уилкин (F.P. Wilkin), Astrophys. J. Lett. 459, L31 (1996).
  47. Фанг и др. (K. Fang, X.-J. Bi, P.-F. Yin, et al.), Astrophys. J. 863, 30 (2018).
  48. Фанг (K. Fang), Phys. Rev. D 109(4), 043041 (2024).
  49. Фриш и др. (P.C. Frisch, A. Berdyugin, V. Piirola, et al.), Astrophys. J. 814, 112 (2015).
  50. Хуанг и др. (Z.-Q. Huang, R.-Yu Liu, J.C. Joshi, and X.-Yu Wang), Astrophys. J. 895, 53 (2020).
  51. Хупер и др. (D. Hooper, P. Blasi, and P.D. Serpico), JCAP 1, 025 (2009).
  52. Эволи и др. (C. Evoli, E. Amato, P. Blasi, and R. Aloisio), Phys. Rev. D 103, id.083010 (2021).
  53. Эллисон и др. (D.C. Ellison, D. Warren, and A.M. Bykov), MNRAS 456, 3090 (2016).
  54. Юксель и др. (H. Yüksel, M.D. Kistler, and T. Stanev), Phys. Rev. Lett. 103(5), 051101 (2009).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).