Microcuásares como fuentes de rayos cósmicos

Abstract

Actualmente se acepta que la población rayos cósmicos galácticos tiene como fuentes principales los remanentes de supernova. Si bien este escenario es energéticamente sustentable, los modelos actuales predicen espectros que difieren de las observaciones. Por otro lado, la contribución de otras fuentes a la producción de rayos cósmicos galácticos no está bien establecida y merece ser investigada. En este trabajo presentamos un nuevo mecanismo con el que los jets de microcuásares podrían producir rayos cósmicos, por medio de la producción in situ de neutrones que escapan del sistema. El decaimiento de estos neutrones produciría protones y electrones que escaparían de la fuente como rayos cósmicos. El mecanismo propuesto provee rayos cósmicos más energéticos en comparación a trabajos anteriores. Los posibles valores de índice espectral caen dentro del rango esperado por las observaciones. Los escenarios más eficientes son aquellos con jets más luminosos y lentos, y solo estos proveen, por cada fuente, potencias en rayos cósmicos comparables al caso de remanentes de supernova. El mecanismo aquí explorado podría producir una mayor contribución en los microcuásares del universo temprano, y de esta forma contribuir a la reionización o calentamiento del medio intergaláctico.

It is currently accepted that supernova remnants are the main sites where galactic cosmic rays undergo acceleration. Though this picture is energetically sustentable, the models predict spectra that do not match observations. On the other hand, the contribution of other kind of sources to the galactic cosmic-ray population is still unclear, and deserves investigation. In this work we explore a novel mechanism through which microquasars might produce cosmic rays, based on the generation of relativistic neutrons in situ, which escape and decay outside. Protons and electrons created in neutron decays escape to the interstellar medium as cosmic rays. The proposed mechanism produces more energetic cosmic rays from microquasars than those presented by previous works. The spectral index agrees well with that required to explain the spectral signatures of Galactic cosmic rays. Best scenarios arise in the most luminous, slow jets, which produce a cosmic-ray power, by source, comparable to that of supernova remnants. The mechanism explored in this work may provide stronger cosmicray sources in the early universe, and therefore contribute to the heating and reionization of the intergalactic medium.