Gamma-Ray Emission from Molecular Clouds Generated by Penetrating Cosmic Rays

被引:18
作者
Dogiel, V. A. [1 ]
Chernyshov, D. O. [1 ,2 ]
Ivlev, A. V. [3 ]
Malyshev, D. [4 ]
Strong, A. W. [3 ]
Cheng, K. S. [5 ]
机构
[1] PN Lebedev Inst Phys, IE Tamm Theoret Phys Div, Leninskii Pr 53, Moscow 119991, Russia
[2] State Univ, Moscow Inst Phys & Technol, 9 Inst Sky Lane, Dolgoprudnyi 141707, Russia
[3] Max Planck Inst Extraterr Phys, Giessenbachstr 1, D-85748 Garching, Germany
[4] Erlangen Ctr Astroparticle Phys, Erwin Rommel Str 1, D-91058 Erlangen, Germany
[5] Univ Hong Kong, Dept Phys, Pokfulam Rd, Hong Kong, Hong Kong, Peoples R China
基金
俄罗斯科学基金会;
关键词
cosmic rays; gamma rays: ISM; ISM: clouds; radiation mechanisms: non-thermal; scattering; DARK-MATTER; INTERSTELLAR CLOUDS; NUCLEAR BULGE; ACCELERATION; BREMSSTRAHLUNG; PROPAGATION; SPECTRA; BUBBLES; EXCESS; GALAXY;
D O I
10.3847/1538-4357/aae827
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We analyze the processes governing cosmic-ray (CR) penetration into molecular clouds and the resulting generation of gamma-ray emission. The density of CRs inside a cloud is depleted at lower energies due to the self-excited MHD turbulence. The depletion depends on the effective gas column density ("size") of the cloud. We consider two different environments where the depletion effect is expected to be observed. For the central molecular zone, the expected range of CR energy depletion is E less than or similar to 10 GeV, leading to the depletion of gamma-ray flux below E-gamma approximate to 2 GeV. This effect can be important for the interpretation of the GeV gamma-ray excess in the Galactic Center, which has been revealed from the standard model of CR propagation (assuming the CR spectrum inside a cloud to be equal to the interstellar spectrum). Furthermore, recent observations of some local molecular clouds suggest the depletion of the gamma-ray emission, indicating possible self-modulation of the penetrating low-energy CRs.
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