Modelling the Galactic NII intensities and the distribution of OB associations

Abstract

Hvordan supernovaer er fordelt i Melkeveien er av stor interesse ettersom disse kraftige eksplosjonene er hovedkilden til kosmisk stråling. Disse svært energiske partiklene har blitt observert i over et århundre. I løpet av de senere årene har mer innsats blitt dedikert til å studere de aller mest energirike partiklene og deres diffuse stråling av fotoner med energi opp mot noen peta-elektronvolt. Kildene til denne diffuse strålingen kalles for "PeVatrons" og er generert av supernovaer, men ingen PeVatrons har enda blitt direkte observert.

Dermed er hovedformålet med denne oppgaven å lage en modell for Melkeveien som kan predikere fordelingen av tidligere supernovaer. Denne modellen kan utvikles videre for å simulere hvordan kosmisk stråling propagerer gjennom Melkeveien. Vi studerer to modeller for galaksen vår: en aksesymmetrisk modell, og en spiral arm modell. Disse modellene blir evaluert opp mot den observerte intensiteten av NII, som har blitt observert av FIRAS instrumentet. Av disse modellene er det spiral arm modellen som klarer å gjenskape disse dataene best. Med spiral arm modellen bruker vi en Monte Carlo simulering til å modellere lokasjonene til OB assosiasjoner, som da er fødestedet til de stjernene som er massive nok til å ende sitt liv i en supernovaeksplosjon. Ved å kombinere data fra de kjente OB assosiasjonene og de vi modellerer, kan vi presentere en omfattende modell for fordelingen av OB assosiasjoner i Melkeveien og tidligere supernovaer.

The distribution of Galactic supernovae is of great interest as these powerful explosions are the primary source of cosmic rays. These highly energetic particles have been observed for over a century. Recently, more effort has been dedicated to studying the most energetic cosmic rays and their subsequent diffuse emission of photons in the peta-electronvolt energy range. Their sources, called "PeVatrons", are generated by supernovae but are yet to be observationally determined.

As such, the main objective of this thesis is to generate a model for the Galaxy capable of predicting past supernova occurrences, which can be further developed to model the propagation of cosmic rays. We consider two models for the Galaxy: an axisymmetric model and a spiral arm model. These models are compared to the NII intensities observed by the FIRAS instrument, with the spiral arm model most accurately reproducing the data. With the spiral arm model, we use a Monte Carlo simulation to model the locations of OB associations, which are the birthplaces of the stars massive enough to undergo core collapse at the end of their lifetimes. Combining the known OB associations and those we model, we present a comprehensive model for the Galactic distribution of OB associations and past supernova events.