Supernova remnants as cosmic ray accelerators. SNR IC 443

Abstract

We examine the hypothesis that some supernova remnants (SNRs) may be responsible for some unidentified y-ray sources detected by EGRET instrument aboard the Compton Gamma Ray Observatory. If this is the case, y-rays are produced via pion production and decay from direct inelastic collisions of accelerated by SNR shock wave ultrarelativistic protons with target protons of the interstellar medium. We develop a 3-D hydrodynamical model of SNR IC 443 as a possible cosmic y-ray source 2EG J0618+2234. The derived parameters of IC 443: the explosion energy E₀ = 2.7 * 10⁵⁰ erg, the initial hydrogen number density n(0) = 0.21 cm ⁻³ , the mean radius R = 9.6 pc and the age t = 4500 yr result in too low y-ray flux, mainly because of the low explosion energy. Therefore, we investigate in detail the hydrodynamics of IC 443 interaction with a nearby massive molecular cloud and show that the reverse shock wave considerably increases the cosmic ray density in the interaction region. Meantime, the Rayleigh-Taylor instability of contact discontinuity between the SNR and the cloud provides an effective mixing of the containing cosmic ray plasma and the cloud material. We show that the resulting y-ray flux is consistent with the observational data.

Метою нашої роботи є аналіз гіпотези про те, що деякі залишки наднових зір можуть бути джерелами y-випромінювання, зокрема, відповідати неідентифікованим джерелам, зафіксованим інструментом EGRET, розміщеним на борту космічної y-обсерваторії ім. Комптона. Якщо так, то y-промені породжуються в результаті народження та наступного розпаду піонів внаслідок прямих непружних зіткнень ультрарелятивістичних протонів, прискорених ударною хвилею залишку, з протонами міжзоряного середовища. Нами розроблена тривимірна гідродинамічна модель залишку Наднової IC 443 як кандидата на джерело космічного y-випромінювання 2EG J0618+2234. Одержано наступні параметри IC 443: енергія вибуху E₀ = 2.7 * 10⁵⁰ ерг, концентрація атомів водню в околі вибуху n(0) = 0.21 см ⁻³ , середній радіус R = 9.6 пк та вік t = 4500 років. Ці характеристики, а найбільше низька енергія спалаху, зумовлюють слабкий модельний y- потік від залишка. Тому нами детально розглядається гідродинамічна картина взаємодії IC 443 з розташованою поряд масивною молекулярною хмарою. Показано, що зворотня ударна хвиля значно підвищує концентрацію космічних променів в області взаємодії. Поряд з цим нестабільність Релея-Тейлора контактного розриву між залишком та хмарою забезпечує ефективне перемішування плазми, яка містить космічні промені, та речовини хмари.Врахування цих особливостей забезпечує узгодження модельного та спостережуваного y- потоків від IC 443.