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Astroparticles from X-Ray Binary Coronae
The Astrophysical Journal Letters ( IF 8.8 ) Pub Date : 2024-11-04 , DOI: 10.3847/2041-8213/ad887b K. Fang, Francis Halzen, Sebastian Heinz, John S. Gallagher
The Astrophysical Journal Letters ( IF 8.8 ) Pub Date : 2024-11-04 , DOI: 10.3847/2041-8213/ad887b K. Fang, Francis Halzen, Sebastian Heinz, John S. Gallagher
The recent observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane implies an abundant population of hadronic cosmic-ray sources in the Milky Way. We explore the role of the coronae of accreting stellar-mass black holes as such astroparticle emitters. We show that the particle acceleration and interaction timescales in the coronal region are tied to the compactness of the X-ray source. Thus, neutrino emission processes may similarly happen in the cores of active galactic nuclei and black hole X-ray binaries (XRBs), despite their drastically different masses and physical sizes. We apply the model to the well-measured XRB Cygnus X-1 and find that the cascaded gamma rays accompanying the neutrino emission naturally explain the GeV emission that only presents during the source’s hard state, while the state-averaged gamma-ray emission explains the LHAASO observation above 20 TeV. We show that XRB coronae could contribute significantly to the Galactic cosmic-ray and Galactic plane neutrino fluxes. Our model predicts variable high-energy neutrino emission from bright Galactic XRBs that may be observed by IceCube and future neutrino observatories.
中文翻译:
来自 X 射线双日冕的天体粒子
最近从银河系平面观测到的高能中微子意味着银河系中存在丰富的强子宇宙射线源。我们探讨了吸积恒星质量黑洞的日冕作为此类天体粒子发射器的作用。我们表明,日冕区域中的粒子加速度和相互作用时间尺度与 X 射线源的紧凑性有关。因此,中微子发射过程可能类似地发生在活跃星系核和黑洞 X 射线双星 (XRB) 的核心中,尽管它们的质量和物理大小截然不同。我们将该模型应用于测量良好的 XRB Cygnus X-1,发现伴随中微子发射的级联伽马射线自然地解释了仅在源的硬态期间出现的 GeV 发射,而状态平均的伽马射线发射解释了 LHAASO 在 20 TeV 以上的观测结果。我们表明 XRB 日冕可能对银河宇宙射线和银河平面中微子通量有重大贡献。我们的模型预测了 IceCube 和未来的中微子天文台可能观察到的明亮银河 XRB 的可变高能中微子发射。
更新日期:2024-11-04
中文翻译:
来自 X 射线双日冕的天体粒子
最近从银河系平面观测到的高能中微子意味着银河系中存在丰富的强子宇宙射线源。我们探讨了吸积恒星质量黑洞的日冕作为此类天体粒子发射器的作用。我们表明,日冕区域中的粒子加速度和相互作用时间尺度与 X 射线源的紧凑性有关。因此,中微子发射过程可能类似地发生在活跃星系核和黑洞 X 射线双星 (XRB) 的核心中,尽管它们的质量和物理大小截然不同。我们将该模型应用于测量良好的 XRB Cygnus X-1,发现伴随中微子发射的级联伽马射线自然地解释了仅在源的硬态期间出现的 GeV 发射,而状态平均的伽马射线发射解释了 LHAASO 在 20 TeV 以上的观测结果。我们表明 XRB 日冕可能对银河宇宙射线和银河平面中微子通量有重大贡献。我们的模型预测了 IceCube 和未来的中微子天文台可能观察到的明亮银河 XRB 的可变高能中微子发射。