Compton Scattering of Electrons in the Intergalactic Medium

被引：2

作者：

Yang, Yuanyuan ^{[1
,2
,3
]}

Long, Heyang ^{[1
,4
]}

Hirata, Christopher M. ^{[1
,2
,4
]}

机构：

[1] Ctr Cosmol & Astroparticle Phys, 191 West Woodruff Ave, Columbus, OH 43210 USA

[2] Ohio State Univ, Dept Astron, 140 West 18th Ave, Columbus, OH 43210 USA

[3] Northeastern Univ, Khoury Coll Comp Sci, 440 Huntington Ave, Boston, MA 02115 USA

[4] Ohio State Univ, Dept Phys, 191 West Woodruff Ave, Columbus, OH 43210 USA

来源：

ASTROPHYSICAL JOURNAL | 2024年 / 965卷 / 02期

关键词：

GAMMA-RAY EMISSION; EXTRAGALACTIC MAGNETIC-FIELDS; TRANSVERSE PLASMA WAVES; GALACTIC COSMIC-RAYS; PAIR-BEAM; COSMOLOGICAL IMPACT; SYNTHESIS MODELS; RADIO-EMISSION; FERMI-LAT; BOW TIES;

D O I：

10.3847/1538-4357/ad3237

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

This paper investigates the distribution and implications of cosmic-ray electrons within the intergalactic medium (IGM). Utilizing a synthesis model of the extragalactic background, we evolve the spectrum of Compton-included cosmic rays. The energy density distribution of cosmic-ray electrons peaks at redshift z approximate to 2, and peaks in the similar to MeV range. The fractional contribution of cosmic-ray pressure to the general IGM pressure progressively increases toward lower redshift. At mean density, the ratio of cosmic-ray electron to thermal pressure in the IGM P CRe / P th is 0.3% at z = 2, rising to 1.0% at z = 1, and 1.8% at z = 0.1 (considering only the cosmic rays produced locally by Compton scattering). We compute the linear Landau damping rate of plasma oscillations in the IGM caused by the similar to MeV cosmic-ray electrons, and find it to be of order similar to 10-6 s-1 for wavenumbers 1.2 less than or similar to ck/omega p less than or similar to 5 at z = 2 and mean density (where omega p is the plasma frequency). This strongly affects the fate of TeV e + e - pair beams produced by blazars, which are potentially unstable to oblique instabilities involving plasma oscillations with wavenumber ck / omega p approximate to sec theta (theta being the angle between the beam and wavevector). Linear Landau damping is at least thousands of times faster than either pair beam instability growth or collisional effects; it thus turns off the pair beam instability except for modes with very small theta (ck/omega p -> 1, where linear Landau damping is kinematically suppressed). This leaves open the question of whether the pair beam instability is turned off entirely, or can still proceed via the small-theta modes.

引用

页数：16

共 99 条

[1] Search for extended γ-ray emission around AGN with HESS and Fermi-LAT [J].

Abramowski, A. ;

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Bissaldi, E. ;

Biteau, J. ;

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Boisson, C. ;

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Brucker, J. ;

Brun, F. ;

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Carrigan, S. ;

Casanova, S. ;

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Chaves, R. C. G. ;

Cheesebrough, A. ;

Chretien, M. ;

Colafrancesco, S. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

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Cui, Y. ;

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Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

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Cutini, S. ;

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Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

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Bregeon, J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

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