Cosmic-ray propagation with DRAGON2: I. numerical solver and astrophysical ingredients

被引:177
作者
Evoli, Carmelo [1 ]
Gaggero, Daniele [2 ]
Vittino, Andrea [3 ]
Di Bernardo, Giuseppe [4 ]
Di Mauro, Mattia [5 ,6 ]
Ligorini, Arianna [7 ]
Ullio, Piero [8 ]
Grasso, Dario [9 ,10 ]
机构
[1] Gran Sasso Sci Inst, Viale Francesco Crispi 7, I-67100 Laquila, AQ, Italy
[2] Univ Amsterdam, GRAPPA Inst, Sci Pk 904, NL-1090 GL Amsterdam, Netherlands
[3] Tech Univ Munich, Phys Dept T30d, James Franck Str 1, D-85748 Garching, Germany
[4] Max Planck Inst Astrophys, Karl Schwarzschild Str 1, D-85740 Garching, Germany
[5] Stanford Univ, Kavli Inst Particle Astrophys & Cosmol, WW Hansen Expt Phys Lab, Dept Phys, Stanford, CA 94305 USA
[6] Stanford Univ, SLAC Natl Accelerator Lab, Stanford, CA 94305 USA
[7] PAN, Inst Fizyki Jadrowej, Ul Radzikowskiego 152, PL-31342 Krakow, Poland
[8] Scuola Int Super Avanzati, Via Bonomea 265, I-34136 Trieste, Italy
[9] Univ Pisa, Ist Nazl Fis Nucl, Largo B Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
[10] Univ Pisa, Dipartimento Fis E Fermi, Largo B Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
关键词
cosmic ray theory; gamma ray theory; GALACTIC MAGNETIC-FIELD; FERMI-LAT OBSERVATIONS; LARGE-AREA TELESCOPE; MILKY-WAY-GALAXY; GAMMA-RAY; RADIAL-DISTRIBUTION; 3-DIMENSIONAL DISTRIBUTION; ROTATION MEASURES; SPIRAL ARMS; INTERSTELLAR-MEDIUM;
D O I
10.1088/1475-7516/2017/02/015
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We present version 2 of the DRAGON code designed for computing realistic predictions of the CR densities in the Galaxy. The code numerically solves the interstellar CR transport equation (including inhomogeneous and anisotropic diffusion, either in space and momentum, advective transport and energy losses), under realistic conditions. The new version includes an updated numerical solver and several models for the astrophysical ingredients involved in the transport equation. Improvements in the accuracy of the numerical solution are proved against analytical solutions and in reference diffusion scenarios. The novel features implemented in the code allow to simulate the diverse scenarios proposed to reproduce the most recent measurements of local and diffuse CR fluxes, going beyond the limitations of the homogeneous galactic transport paradigm. To this end, several applications using DRAGON2 are presented as well. This new version facilitates the users to include their own physical models by means of a modular C vertical bar vertical bar structure.
引用
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[1]  
Aartsen M. G., 2015, P 34 INT COSM RAY C
[2]   FERMI OBSERVATIONS OF CASSIOPEIA AND CEPHEUS: DIFFUSE GAMMA-RAY EMISSION IN THE OUTER GALAXY [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Conrad, J. ;
Dermer, C. D. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Farnier, C. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Focke, W. B. ;
Fortin, P. ;
Frailis, M. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 710 (01) :133-149
[3]   High Statistics Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-500 GeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Accardo, L. ;
Aguilar, M. ;
Aisa, D. ;
Alpat, B. ;
Alvino, A. ;
Ambrosi, G. ;
Andeen, K. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Battarbee, M. ;
Battiston, R. ;
Bazo, J. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bigongiari, G. ;
Bindi, V. ;
Bizzaglia, S. ;
Bizzarri, M. ;
Boella, G. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bonnivard, V. ;
Borgia, B. ;
Borsini, S. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Burger, J. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Carosi, G. ;
Casaus, J. ;
Cascioli, V. ;
Castellini, G. ;
Cernuda, I. ;
Cerreta, D. ;
Cervelli, F. ;
Chae, M. J. ;
Chang, Y. H. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)
[4]   THE FIRST FERMI LAT SUPERNOVA REMNANT CATALOG [J].
Acero, F. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bellazzini, R. ;
Bissaldi, E. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonino, R. ;
Bottacini, E. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caputo, R. ;
Caragiulo, M. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Chiaro, G. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen, J. M. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Condon, B. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
D'Ammando, F. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Desiante, R. ;
Digel, S. W. ;
Di Venere, L. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Favuzzi, C. ;
Ferrara, E. C. ;
Franckowiak, A. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2016, 224 (01)
[5]   DEVELOPMENT OF THE MODEL OF GALACTIC INTERSTELLAR EMISSION FOR STANDARD POINT-SOURCE ANALYSIS OF FERMI LARGE AREA TELESCOPE DATA [J].
Acero, F. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bellazzini, R. ;
Bissaldi, E. ;
Bloom, E. D. ;
Bonino, R. ;
Bottacini, E. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caragiulo, M. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Chiaro, G. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cuoco, A. ;
Cutini, S. ;
D'Ammando, F. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Desiante, R. ;
Digel, S. W. ;
Di Venere, L. ;
Drell, P. S. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Franckowiak, A. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2016, 223 (02)
[6]   Resolving the Extragalactic γ-Ray Background above 50 GeV with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Bissaldi, E. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonino, R. ;
Bregeon, J. ;
Britto, R. J. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caragiulo, M. ;
Caraveo, P. A. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Chiaro, G. ;
Ciprini, S. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Costanza, F. ;
Cutini, S. ;
D'Ammando, F. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Desiante, R. ;
Digel, S. W. ;
Di Mauro, M. ;
Di Venere, L. ;
Dominguez, A. ;
Drell, P. S. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Franckowiak, A. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (15)
[7]   FERMI-LAT OBSERVATIONS OF THE DIFFUSE γ-RAY EMISSION: IMPLICATIONS FORCOSMIC RAYS AND THE INTERSTELLAR MEDIUM [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Falletti, L. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Fortin, P. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gaggero, D. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 750 (01)
[8]   CONSTRAINTS ON THE COSMIC-RAY DENSITY GRADIENT BEYOND THE SOLAR CIRCLE FROM FERMI γ-RAY OBSERVATIONS OF THE THIRD GALACTIC QUADRANT [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Dermer, C. D. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Favuzzi, C. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. ;
Germani, S. ;
Giglietto, N. ;
Giordano, F. ;
Giroletti, M. ;
Glanzman, T. ;
Godfrey, G. ;
Grenier, I. A. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2011, 726 (02)
[9]   Design concepts for the Cherenkov Telescope Array CTA: an advanced facility for ground-based high-energy gamma-ray astronomy [J].
Actis, M. ;
Agnetta, G. ;
Aharonian, F. ;
Akhperjanian, A. ;
Aleksic, J. ;
Aliu, E. ;
Allan, D. ;
Allekotte, I. ;
Antico, F. ;
Antonelli, L. A. ;
Antoranz, P. ;
Aravantinos, A. ;
Arlen, T. ;
Arnaldi, H. ;
Artmann, S. ;
Asano, K. ;
Asorey, H. ;
Baehr, J. ;
Bais, A. ;
Baixeras, C. ;
Bajtlik, S. ;
Balis, D. ;
Bamba, A. ;
Barbier, C. ;
Barcelo, M. ;
Barnacka, A. ;
Barnstedt, J. ;
de Almeida, U. Barres ;
Barrio, J. A. ;
Basso, S. ;
Bastieri, D. ;
Bauer, C. ;
Becerra, J. ;
Becherini, Y. ;
Bechtol, K. ;
Becker, J. ;
Beckmann, V. ;
Bednarek, W. ;
Behera, B. ;
Beilicke, M. ;
Belluso, M. ;
Benallou, M. ;
Benbow, W. ;
Berdugo, J. ;
Berger, K. ;
Bernardino, T. ;
Bernloehr, K. ;
Biland, A. ;
Billotta, S. ;
Bird, T. .
EXPERIMENTAL ASTRONOMY, 2011, 32 (03) :193-316
[10]   MEASUREMENT OF BORON AND CARBON FLUXES IN COSMIC RAYS WITH THE PAMELA EXPERIMENT [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carbone, R. ;
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Castellini, G. ;
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De Donato, C. ;
De Santis, C. ;
De Simone, N. ;
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Rossetto, L. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2014, 791 (02)