Exploring galactic wind superbubbles by multimessenger observations

Peretti, Enrico; Morlino, G.; Blasi, Pasquale; Cristofari, Pierre; Ahlers, M.

doi:10.22323/1.395.0995

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“…In the model of Ref. [74], acceleration of protons to EeV energies require winds with extreme injection power, 𝐿 ∼ (10 44 − 10 45 )erg/s, beyond what is observed in starburst galaxies. Consequently, most works on starburst galaxies at this ICRC concentrated on the acceleration of CRs up to energies to tens of PeV, and the associated production of neutrinos, see e.g.…”

Section: Starburst Galaxiesmentioning

confidence: 96%

Extragalactic cosmic rays

Kachelriess¹

2022

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I review the status of ultrahigh-energy cosmic ray (UHECR) physics. After introducing the main experimental results and summarizing possible intepretations, I discuss observational and theoretical constraints on the sources of UHECRs. I comment also briefly on the role of magnetic fields. Combining these constraints, I argue that luminuous and numerous AGN types as FR-I and Seyfert galaxies, or alternatively hypernovae, are the most promising UHECR sources. Finally, I sketch few of the models presented at the conference before concluding.

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Section: Starburst Galaxiesmentioning

confidence: 96%

Extragalactic cosmic rays

Kachelriess¹

2022

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“…In the model of Ref. [74], acceleration of protons to EeV energies require winds with extreme injection power, ∼ (10 44 − 10 45 )erg/s, beyond what is observed in starburst galaxies. Consequently, most works on starburst galaxies at this ICRC concentrated on the acceleration of CRs up to energies to tens of PeV, and the associated production of neutrinos, see e.g.…”

Section: Pos(icrc2021)018mentioning

confidence: 97%

Extragalactic cosmic rays

Kachelrieß¹

2022

Proceedings of 37th International Cosmic Ray Conference — PoS(ICRC2021)

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“…Bednarek 2002;Bednarek & Bartosik 2004), MQs (Hillas 1984;Heinz & Sunyaev 2002;Bednarek 2005;Cooper et al 2020), vientos de estrellas masivas, cúmulos, asociaciones estelares, y regiones de alta formación estelar (e.g. Bykov & Toptygin 2001;Aharonian et al 2019;Morlino et al 2021;Peretti et al 2021). Estos escenarios se basan en la presencia de flujos que desarrollarían fuertes choques magnetizados en los que las partículas se acelerarían a energías relativistas.…”

Section: Introductionunclassified

Producción de neutrones y rayos cósmicos en microcuásares

Escobar

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Indicios observacionales y predicciones teóricas sugieren la presencia de hadrones relativistas en los jets de microcuásares. La producción de neutrones relativistas en dichos sistemas es una consecuencia inevitable de la existencia de hadrones, y podría tener efectos observables que permitirían obtener información sobre la composición de los jets, y por ende de su mecanismo de lanzamiento. Los neutrones podrían escapar fácilmente del jet y transportar energía fuera del sistema, cuya influencia en el entorno podría revelar información sobre las propiedades de los microcuásares. Al decaer fuera del sistema, los neutrones podrían además inyectar protones y electrones relativistas al medio, que contribuirían a las poblaciones de rayos cósmicos de las galaxias. En esta Tesis nos proponemos investigar la producción de neutrones relativistas en los jets de microcuásares, y sus posibles efectos sobre el sistema y su entorno. Para ello, abordamos un estudio amplio de los procesos físicos que podrían dar origen o modificar una población de neutrones relativistas en las condiciones imperantes en dichos jets. A partir de la microfísica de dichos procesos, hemos obtenido las distribuciones de partículas relativistas dentro del jet, la distribución espectral de energía de su emisión electromagnética, y la potencia espectral de los neutrones que escapan. Para ello resolvimos las ecuaciones de transporte acopladas de las distintas poblaciones de partículas, en estado estacionario y para distintas propiedades de los jets, mediante un código numérico desarrollado para tal fin. Calculamos además la evolución de la población de neutrones que escapa del sistema, determinando la distribución espacial y espectral de sus productos de decaimiento. Para estos últimos, seguimos su evolución hasta que alcanzan el medio interestelar, y calculamos el espectro de rayos cósmicos inyectado al mismo. Nuestros resultados indican que la producción de neutrones en los jets no modifica la emisión electromagnética de estos sistemas, por lo que no tendría consecuencias observables que permitieran distinguir su presencia. En cambio, toda la energía volcada a la población de neutrones se extraería del sistema como rayos cósmicos. En los casos más eficientes, que corresponden a jets bien colimados, luminosos y lentos, con regiones de emisión compactas y cercanas a su base, la potencia inyectada al medio es significativa y podría explicar una fracción importante de la potencia de rayos cómicos galácticos. Los principales aportes originales de este trabajo de Tesis son tres. En primer lugar, el desarrollo del mecanismo de producción de rayos cósmicos mediante la creación y decaimiento de neutrones. En segundo lugar, la provisión de estimaciones cuantitativas de la potencia producida por dicho mecanismo y de su dependencia con las propiedades de los microcuásares, que abre la puerta para estudios poblacionales. Por último, la determinación de la contribución de los microcuásares a la población de rayos cósmicos galácticos, como fuentes alternativas a los remanentes de supernova. Estos aportes contribuyen a comprender la naturaleza y el origen de los rayos cósmicos, una cuestión fundamental de la Astrofísica moderna.

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