Comparative study of gamma-ray emission from molecular clouds and star-forming galaxies

Auteurs : Fang-Kun Peng, Shao-Qiang Xi, Xiang-Yu Wang, Qi-Jun Zhi, Di Li

A&A 621, A70 (2019)
arXiv: 1811.07117v1 - DOI (astro-ph.HE)
Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics

Résumé : Star-forming regions on different scales, such as giant molecular clouds in our Galaxy and star-forming galaxies, emit GeV gamma-rays. These are thought to originate from hadronic interactions of cosmic-ray (CR) nuclei with the interstellar medium. It has recently been shown that the gamma-ray luminosity ($L_\gamma$) of star-forming galaxies is well correlated with their star formation rates (SFR). We investigated \textsl{Fermi} data of eight Galactic molecular clouds in the Gould belt and found that molecular clouds do not follow the $L_\gamma-{\rm SFR}$ correlation of star-forming galaxies. We also compared the scaling relations of gamma-ray luminosity, SFR, and the gas mass for molecular clouds and star-forming galaxies. Using a multiple-variable regression analysis, we found different dependences of gamma-ray emission on SFR or mass for molecular clouds and star-forming galaxies. This suggests that different mechanisms may govern the production of gamma-rays in these two types of sources. Specifically, the strong dependence on mass supports that gamma-ray emission of molecular clouds primarily comes from {\em \textup{passive}} interaction by diffuse Galactic CRs, whereas the strong dependence on SFR supports that gamma-ray emission of star-forming galaxies originates from CRs that are accelerated by local {\em \textup{active}} sources.

Soumis à arXiv le 17 Nov. 2018

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