文摘

强子的飞机在杂志上的恒星系统建模与相对论hydrocode冥王星。我们关注中微子发射的飞机快质子(低温)碰撞产生的热的强子内喷气机。我们采用semianalytical近似的描述产生的次级粒子从p p碰撞和开发适当的算法使用上述注入质子作为输入。作为一个具体的例子,我们考虑的ss - 433 x射线双星系统几个观察了过去几十年。与预设的分布快质子沿射流在我们之前的工作,在本文中,我们模拟了使用一个沿着冥王星hydrocode质子快速幂律分布。这个分布逐渐扫描周围的风,在喷气推进通过计算网格。作为第一步,在目前的工作中,中微子能谱提取的模型飞机,促进一系列潜在的动力模拟目前有趣的微型类星体喷射系统。

1。介绍

在双星俗称微类星体(mq),两个相对的物质和辐射。这些系统类似于活动星系核(AGN或类星体),由一个主序星(巨大的伙伴或供体星),在轨道耦合的致密天体物理对象(中子星或黑洞)(1]。特征质量吸积盘的发展接近紧凑的对象从质量吸收到内心的拉格朗日点(罗氏叶溢出)由于角动量守恒。MQ的飞机出现完全平行(由于存在一个相当强大的磁场)形成一个多波长同时粒子发射器(2- - - - - -4]。

恒星mq目前重要的天体物理系统与日益增长的兴趣在他们的调查在天体物理,粒子物理和宇宙学。在黑洞中微类星体(紧凑的对象是一个黑洞时),恒星系统提供了出色的黑洞理论的试验田。因此,提出了一种改进的理解动力飞机在mq内天体物理条件具有十分重要的意义[5- - - - - -7]。

在强子杂志上飞机,与质子间的交互与随后的次级粒子的衰变,大多介子,产生高能中微子。这些碰撞的结果也在生产的高能伽马射线,通过中性介子()衰变,讨论了在以前的作品(7- - - - - -11]。最近在地面实验室模拟高能p p交互提供相当准确的能量分布高能二次产品的范围(高于100 GeV)并确定参数表达式等次级粒子的能量谱和介子中微子和伽马射线和电子生产的非弹性碰撞p p [11,12]。这样的分布也可以实现当研究强子mq微中子和伽马射线源(7]。

在强子模型提出了能量从微型类星体发射(mq),两个是最重要的。(我)首先,相对论飞机与目标交互中的质子质子从伴星的恒星风。(2)第二,中微子和伽马射线是由p p相对论(低温)之间的相互作用和冷(热)质子在飞机本身(2- - - - - -4,11,12]。在后一种情况下,相对论(快速)质子在飞机受到不同的机制,可以使他们失去能量。有趣的是知道p p碰撞的能量范围是主要的(主要)冷却过程产生相应的中微子(或伽马射线)。另一方面,寒冷(缓慢)相对论质子(质子作为目标13,14]。

从现象学的角度来看,杂志上微中子和伽马射线源需要建模完全相对论性地(1,7]。相对论hydrocodes提供的合适的治疗是最近开发的,如相对论magnetohydrodynamical (RMHD)冥王星hydrocode [15]在[7,16,17]为了模拟强子ss - 433 MQ的喷气机,x射线双星(5,6,18]。

本文是一个扩展我们的工作的7),我们从银河天体物理建模模拟中微子发射强子飞机来自附近的紧凑的对象在二进制的恒星系统。动力学模拟出来RMHD冥王星的代码与内部开发的(在C语言中,Mathematica和IDL)代码。我们现在产生进一步的结果,目标是直接与现代高能中微子探测器的敏感,例如,冰立方(19]和KM3NeT [20.),从而阐明潜在的微型类星体的观测中微子排放。

2。简要描述的主要背景和形式主义

在这项工作中,我们采用该模型解释了微中子和伽马射线生产通过p p相对论和冷质子之间的相互作用发生在MQ飞机本身(2- - - - - -4,11,12]。相对论质子的飞机受到各种机制会导致能量释放。众所周知,在强子MQ飞机,(大约一小部分)的质子(整体流质子)可能会加速通过一阶费米加速过程,本质上是在飞机内的冲击波。一般来说,加速粒子在飞机可能获得能量规模。

粒子(质子)加速度速度冲击(一阶费米机制) 在哪里表示磁场和表示质子能量(和通常的参数,即。,the proton charge and the speed of light, resp.). The acceleration efficiency parameter在我们目前的计算设置等于 (温和有效的加速情况下,相对论冲击飞机基地附近)(21]。

快质子从慢散射的质子,高能π介子和k中介子产生可能会进一步衰减超高能伽马射线和中微子。方程的形式描述的反应计划 neutral-pion ()生产频道, charged-pion ()生产渠道, ,包括和分别对。

随后,中性介子和其他中性介子衰变迅速产生高能伽马射线。带电介子(),需要我们目前工作的目的(同时带电k中介子),衰减,导致μ介子,此外生产各种口味的中微子如下面所讨论的。

2.1。二次带电粒子衰变

从非弹性p p文化人,在非热能的质子和热的强子内喷射,中微子是主要通过charged-pion衰变产生的中微子(称为提示)。中包含的μ介子副产品可以再后来衰变到电子(或正电子)和相关的两个光中微子口味(延迟中微子束)根据下面描述的反应。

2.1.1。提示衰减通道(提示中微子)

的()介子的质量 和半衰期 衰减由于弱相互作用,主要的衰变模式(一个概率)是一个反应导致antimuon(子)和μ介子中微子(μ介子的反中微子) 一个不太重要的衰变模式(),发生概率,是其衰变为正电子(电子)和一个电子中微子(电子反中微子) 在这项工作中,我们忽略了中微子通过后者渠道生产。

2.1.2。延迟衰减通道(延迟中微子)

中微子在强子飞机的其他重要来源的衰变模式产生的μ介子(μ介子轻子衰变)反应(4),也会产生两个中微子所描述的流程

一般来说,分析公式建议从实验室p p碰撞相似的模拟分布提取11]的几个百分点在大范围内的入射质子的能量()转移到次级粒子,即比例 ,二次粒子的能量(例如,介子)。

从实验的角度来看,对天体物理学伽马射线和中微子,极其敏感检测系统开发(8,9,20.]。这些探测器引发新的兴趣研究的对象作为微中子和伽马射线源;例如,ss - 433系统是出名的从1980年代早期只有MQ强子验证飞机的内容。我们提到,例如,铁行光谱观测的ss - 433 MQ提供有用的信息关于飞机的强子内容(21]。

从理论和现象学的观点,伽马射线和中微子生产从强子MQ感兴趣的在目前的工作是基于可靠地确定快质子的分布和现实注入的功能产生次级粒子(π介子,k中介子,μ介子,等等)。

在以前的作品(7,16,17],强子飞机使用PLUTO代码建模。冥王星被处理的结果来计算各种次级粒子的发射率(π介子,k中介子)和产生的μ介子,伽马射线,等等,根据空间和时间变化的物理参数与磁场平行射流,每个网格单元的质量数量密度的冥王星代码,等等。

在继续之前的演讲和讨论的结果,我们应该提到提示的歧视和延迟中微子从MQ飞机是不可能的;因此,获得的结果在目前工作指物理量有关提示中微子,然而更快的模拟计算。

3所示。结果与讨论

这项工作的主要结果是指非热能的质子密度的平均数量(与前面提到的算法和冥王星hydrocode获得),介子注入功能,描述介子的介子能量分布管理(4)。提示中微子发射率的评估依赖于这些计算。

3.1。非热能的质子密度

我们开始我们的计算通过考虑非热能的质子在飞机的生产。非热能的质子人口摆脱大部分射流,主要包括热质子,温和的相对论性地移动。本地一些缓慢的质子加速,在射流冲击方面出现(一阶费米加速过程),ultrarelativistic速度。在我们先前的研究采用了快速(低温)质子喷射密度,相当于一小部分()相应的热质子密度,在目前的工作中,我们假设一个幂律分布的形式 , (3]。此外,我们认为是一个空间密度分布与冥王星hydrocode,显式计算下面讨论。

RMHD模拟的一个横向限制磁化喷射,我们首先,意味着物质密度沿射流轴(计算的函数),也就是说,缓慢的质子密度,通过评估冥王星密度在一片切割垂直于飞机轴。为了掩护飞机的时间演化仿真的发展,这些平均密度值的获得快照是绘制在图1。从这个图中,我们可以看到如何沿着射流平均密度剖面的发展。峰值向外移动而整体最大逐渐减少。飞机仍然局限,主要是由于环向磁场分量的存在()。周围的风可以帮助形状飞机,特别是在早期阶段的模拟,风开始前被飞机。

随着飞机的进步通过计算网格,它逐渐扫一边周围风导致near-steady状态,而平密度轮廓。磁射流监禁防止喷射密度沿着飞机下降太多。值得一提的是,特征时间尺度的能量损失机制,我们很大程度上遵循4,11),将主要同步加速器和绝热能量损失机制。

3.2。介子注入函数和介子的能量分布

每p p交互(一个“快”,非热能的质子分散了“缓慢”热),我们得到的概率密度产生的介子在每一个位置的可能产生的π介子谱;我们得到一个光谱的可能的能量产生的介子。谱,/ p p碰撞,为代表和依赖于输入快质子能量(缓慢的质子能量相比可以忽略不计),给定位置的比率在介子谱传入的质子能量。在[11),这个函数是给定的表达式 代表了介子谱与质子间的交互。 , , , , ,是飞机的光度(见[4,11])。在图2(一个),产品策划是一个函数的比率,为三个不同的传入快质子能量( GeV, GeV, GeV)覆盖感兴趣的能量范围。

这个函数的援助,我们计算介子注入功能,通过关系 在哪里 。代表快质子密度,介子的能量比质子能量,然后呢与质子间的非弹性碰撞截面。

介子注入功能,,取决于热质子密度,。在图2 (b),我们的阴谋与介子的能量三个不同的喷射密度( , , )。我们注意到近似平方的依赖喷射密度,这是因为还取决于。

作为一个物理解释,让我们考虑大量p p碰撞。所以,我们加起来,在每一个介子谱能量,贡献一个介子的概率将结果在能量。根据传入的质子能量为每一个碰撞,可能有一个更小的或更大贡献任何给定的介子能量,只要小于质子的能量在第一时间(介子能量不能超过质子能量)。所以,我们整合在许多p p碰撞的介子谱p p碰撞的集合,也就是说,介子注入功能。

为了获得介子进入中微子发射率分布,我们解决以下输运方程: 在哪里 表示介子能量分布。输运方程的数值积分,hydrocode的细胞,也就是说,局部位置空间,是由以下表达式: 在哪里 我们注意,物理条件在一个细胞是常数,也宏观的物理参数(密度、压力等)在每一个细胞都是常数。在这些假设下,输运方程只依赖能源,大大简化了计算。我们也把特征量表(平均自由路径)辐射的相互作用小于细胞的大小,导致控制粒子的相互作用在给定hydrocode细胞。此外,辐射交互的时间尺度远小于hydrocode步伐,每次辐射的相互作用属于一个步伐。

介子的行为分布在我们的兴趣的能量范围,如图3。这条曲线指的是一个典型的冥王星hydrocode的计算单元。它可以很容易地扩展到许多hydrocode细胞覆盖跨度的计算网格,因此打开获得了中微子发射率从整个电网。

在这样的治疗,我们认为大量相互作用的粒子的每个计算单元;因此,输运方程中的概率密度可以用粒子的数密度近似,渲染的随机部分一般输运方程不活跃。此外,只有采用确定性部分的输运方程,它简化了确定性的偏微分方程(详情各种符号的含义和使用的功能,在本节中,读者被称为(4,11])。

3.3。中微子发射率

如前所述,在这项工作中,我们考虑的中微子来自直接介子衰变(提示中微子;看到反应(4))。semianalytical方法实施这项工作,促使中微子发射率得到的援助从表达式4,12] 在哪里 和介子衰变的时间尺度。是进一步的知名θ的函数(参数细节,参见[7])。中微子发射计算后可以执行主要分析(3,4,11,12]。

为了方便读者,我们应该提到以下。非热能的质子分布受同步加速器和绝热损失,影响交通的平衡之间的质子和π介子。总中微子发射率可以通过添加计算贡献从每个体积元素(3 d细胞)和一个球体的面积之和除以半径等于地球的距离。结果是一个合成的“中微子发射观测”双星系统。通过重复这个过程对于许多能量,我们可以获得一个合成光谱排放分布,直接与观测进行比较。

为了说明中微子发射率的行为与中微子能量,在图4,一系列的中微子光谱计算片,减少垂直射流轴沿着模型飞机)(每隔相等,所示。每一片的密度空间平均片表面平均密度(见表1然后在中微子发射计算)。IDL的平均执行和排放在数学计算。结果呈现在图4非规范,但是,为了比较最低检测水平的现有的和未来的工具,仿真结果可以归一化能量,然后给定特定仪器校准(这将是其他地方)。

综合能源排放(整个频谱使用),单位时间内,通过中微子,被认为是快速的一小部分(低温)质子在飞机在喷发建模。反过来,后者能量全部喷气动力能源的一小部分,或动力学光度,。为 erg / s erg / s,如果 。现在假定中微子的一部分 ,然后我们获得 erg / s。

一般来说,中微子规模强度,归一化因子是必要的。在我们的例子中,这个因素结果能量参数。这个因素应该用图的中微子发射率4获取中微子沿着射流强度。作为一个例子,假设,如上所述,快质子能量的一部分将下的面积曲线的图4(对应的平均体积质子密度在飞机基地)快质子的飞机动力学光度 尔格/ s,我们获得约等于 erg / GeV。后者对应于一个最大的中微子的强度 ,这是兼容的结果(4(见,例如,图这个引用)。注意,即使我们很详细的动态模型,其水平的细节不能完全观察到今天为止。原因是当前和即将到来的地面中微子探测器不能解决那么多细节,由于距离地球杂志上的距离。因此,当观测相比,我们的模型的预测能力不是很不同于简单的模型(3,4]。

我们应该指出,为了将数量从飞机参考系静止坐标,计算过程可以是,例如,(13]或[14]。在目前的工作中,我们应用的治疗13]。喷射方向被合并为一个全球效应在飞机内部,通过施加一个固定的夹角的速度方向流和一个观察者的视线在地球上。此外,射流速度被设置为0.26摄氏度,飞机的平均流量估计。此外,视线方向是假定为常数的飞机,在一个角度 度,射流轴。这样做是为了保持计算范围内。原则上,每个计算单元都可能有不同的设置其本地速度之间的角度和视线,以及当地的排放计算使用其本地化执行速度值。在这两种情况下,需要一个更长的计算时间。

在关闭之前,值得一提的是,飞机的发射总功率获得在目前的工作只是第近似强度估计。因此,一个更详细的比较探测器是必需的。我们的模型确实能够提供,对于一个给定的方向观察,每个3 d计算单个多普勒效应细胞,然后将它们集成数值。如此详细的计算将被包含在以后出版。

4所示。摘要和结论

在目前的工作中,我们评估了中微子发射率来自强子MQ喷气式飞机,在p p碰撞发生在冲击方面,导致次级粒子的瀑布,中微子发射。我们实现了一个新的模型描述了质量分布沿射流轴,使用PLUTO相对论磁流体动力(RMHD)代码(hydrocode)。更具体地说,冥王星的代码将被处决喷气环向磁场分量,导致在飞机结构、约束的程度取决于字段的值。对于每个横截面切片,切沿射流(垂直于飞机轴),我们计算质量密度的平均值。然后,我们开始,通过这种方式,来处理的片,覆盖空间范围从飞机基础的计算网格。

从这个分析提取的主要结论是,hydrocode模型(而不是基于显式几何假设),用于强子飞机,是动态现实的工具。这就是为什么我们决定利用动力计算的冥王星代码为基础进一步调查的微中子和伽马射线辐射的喷气机。对于我们目前的计算,我们使用semianalytic方法,为了估计中微子发射率,如我们之前所述的工作。

在每个网格单元研究中微子发射率,我们建立了一个模型几何想起semianalytical方法,但是使用PLUTO hydrocode,采用辐射形式称为讨论的介绍。这个计算工具曾为我们提供了一个现实的建模广播和伽马射线的发射和在这项工作有效地估计中微子发射事件来自杂志上飞机。目前这样的微中子通量的观测,地面探测器(例如,在南极冰立方)操作。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。