On the ultra high energy cosmic rays and the origin of the cosmic microwave background radiation
对于宇宙微波背景CMB起源于宇宙学假设的一些不一致,例如WMAP数据中没有引力透镜,为一些猜测打开了大门,例如CMB的本地起源。我们在这里认为,由于宇宙与宇宙微波背景辐射在$6\times 10^{19} eV$或以上的相互作用,这种假设与宇宙线能谱中不存在GZK截止(至少根据AGASA数据)是一致的。在距离地球50 Mpc的范围内,物质和光的分布接近于各向异性分布,可以识别出星系的本星系团和本星系团。相比之下,超高能喜剧射线数据是一致的,几乎各向同性的分布,有没有它们的到达方向和天文源在我们的本地集群之间的相关性。这意味着GZK截止点以上的事件来自50 Mpc以上的距离,没有明显的能量损失。这种情况在CMB仅集中在距离地球3-4 Mpc范围内的假设下是合理的。换句话说,宇宙微波背景辐射有一个本地起源,只与本地的超星系团有关。此外,能量均分定理中的银河系和河外能谱指数强烈约束了大爆炸宇宙学中必不可少的暗物质和暗能量假设。
2007-07-12 astro-ph
Signatures of Ultra-High Energy Cosmic Ray Composition from Propagation of Nuclei in Intergalactic Photon Fields
本文计算了能量大于1 EeV的原子核在星系际光子场中的传播。计算是基于核-光子相互作用以及星系际磁场的蒙特卡罗方法。我们假设超高能宇宙射线是从河外点源发射的原子核。在UHECR的能谱中发现了四个凸点,它们在到达方向的分布上形成团簇。在此基础上,讨论了成团事件的能量分布。
2003-12-10 astro-ph
Ultrahigh energy cosmic rays as heavy nuclei from cluster accretion shocks
大规模的星系团周围的吸积冲击,一般预计在宇宙结构形成的层次方案,被证明是潜在的来源,所观察到的高能宇宙射线(UHECR)的加速混合物的重核,包括铁族元素。目前的观察可以解释,如果在注入的较重的核源成分是从简单的期望吸积气体有所增强。建议的图片应测试当前和即将在不久的将来通过在UHECR频谱,成分和各向异性的特征设施。还简要讨论了相关的X射线和伽马射线签名。
2007-11-07 astro-ph
Cosmogenic Neutrinos from Ultra-High Energy Nuclei
我们计算了超高能铁在宇宙学距离上传播所产生的中微子通量,并表明即使超高能宇宙射线是由重核组成的,整个宇宙中也应该存在大量的高能中微子。由此产生的中微子通量在由中子衰变产生的$\sim 10^{14} eV$处具有新的峰,并且由于在更高能量($\sim 10^{18}$ eV)下产生的中微子离子而再现双峰结构。根据极高能宇宙加速器的最大能量和宇宙学演化,产生的中微子通量可以通过未来的实验来检测。
2004-11-06 astro-ph
Synchrotron Emission from Hot Accretion Flows and the Cosmic Microwave Background Anisotropy
目前对最敏感的宇宙微波背景(CMB)实验频率范围内的射电源数量的估计明显低于具有强烈反转光谱的源。在邻近星系核中的超大质量黑洞周围的热吸积流被期望通过热同步辐射产生反向射电谱。我们计算这些源的温度波动和功率谱在普朗克勘测30 GHz的能量通道,预计他们的发射峰值。我们发现,它们的潜在贡献一般是可比的仪器噪声,并在小角度尺度的CMB各向异性水平的方法。即将到来的CMB任务,这将提供一个大的统计样本的倒谱源,将是至关重要的,以确定在附近的静止星系核的热吸积流的分布。在不同的频率通道中检测这些源将有助于限制它们的频谱特性,从而限制它们的物理特性。
2000-05-11 astro-ph
Ultrahigh energy cosmic rays as heavy nuclei from cluster accretion shocks
大规模的星系团周围的吸积冲击,一般预计在宇宙结构形成的冷暗物质的情况下,被证明是合理的来源,所观察到的高能宇宙射线(UHECR)通过加速重核的混合物,包括铁族元素。目前的观察可以解释,如果在注入的较重的核源成分是从简单的期望吸积气体有所增强。通过UHECR光谱、成分和各向异性的特征,特别是平均质量成分随能量从$10^{19}$到$10^{20}$ eV的快速增加,所提出的图像应可由当前和即将到来的设施在不久的将来进行明确的测试。
2008-03-10 astro-ph
Ultra-High Energy Heavy Nuclei Propagation in Extragalactic Magnetic Fields
我们扩展现有的超高能宇宙射线在河外磁场中的传播的工作,考虑到光致蜕变,π介子生产,和创建的e+e-对重核的可能组成部分。我们的重点是磁场对观测到的超高能宇宙射线的光谱和化学成分的影响。我们将我们的模拟应用到Anchordoqui等人提出的方案中,其中铁核在附近的星暴星系中加速,并表明它与数据的边缘一致。我们还表明,在Ahn等人的情况下,在观测到的最高能量$\sim3 10^{20} $ eV处,从M87中检测到He核的可能性极小。在Ahn等人的情况下,最高能量的宇宙射线起源于M87,并在帕克螺旋银河系中偏转。磁场。
2002-09-11 astro-ph hep-ph
Extragalactic Sources for Ultra High Energy Cosmic Ray Nuclei
在这篇文章中,我们检验了最高能量的宇宙射线是来自河外源的复杂核的假设。在合理的物理假设下,我们证明了附近的富金属星暴星系(M82和NGC 253)可以产生脚踝以上观测到的所有事件。这需要在河外磁场$B \approx 15$ nG中$10^{20}$ eV以下的粒子扩散。高于$10^{19}$ eV,该模型预测存在显着的流量中质量和重核的变化率小的组成。尽管如此,星暴假说最显著的特征是在光谱截止之前由铁碎片引起的轻微各向异性。
2001-09-20 astro-ph hep-ph
Cosmogenic Neutrinos from the propagation of Ultra High Energy Nuclei
我们计算了超高能核在宇宙学距离上传播产生的中微子通量。传播考虑到与宇宙背景辐射的相互作用,包括CMB和最新的估计更高的能量(红外线,光学和紫外线)背景。我们假设超高能宇宙射线(UHECR)在源处的成分与在低能量下观察到的成分相同。这一假设很好地符合目前的数据在最高的能量。我们比较了宇宙成因的中微子流量从混合成分的来源,纯质子源。我们发现,在混合成分的情况下,中微子流量有一个高的能量峰,主要是由于中微子产生的CMB光子,类似的形状和振幅的质子的情况。在低能量下,两种组合物的情况下有显着的中微子通量与峰值约1014.5 eV,由于较高的能量背景。混合成分的情况下,诱导一个较高的中微子通量在能量低于1013 eV,由于中子衰变组件,向下延伸到低能量。在超高能量下的扩散中微子通量的检测可以强烈地约束UHECR的源分布,而在较低能量下的通量可以用来约束VHE和UHE宇宙射线的约束,如果结合从宇宙线实验的成分分析。
2006-05-22 astro-ph
On the X-ray emission of z~2 radio galaxies: IC scattering of the CMB & no evidence for fully-formed potential wells
本文给出了红移范围为2.0 < z < 2.6的5个射电星系的20 ksec Chandra观测结果。对于5个目标中的4个,我们检测到与放射性核一致的未分辨X射线分量。通过对其中一个核心的光谱分析,并与经验射电与X射线光度比相关性进行比较,我们发现,遮蔽物质(n(HI)~10^22 cm^-2)可能围绕着核心。我们检测到X射线发射符合无线电热点或波瓣在4的5个目标,这可以解释为逆康普顿(IC)散射的CMB光子。我们推导出的~100-200 μ G的磁场强度与均分磁场强度一致。波瓣X射线发射相对容易被探测到,这是CMB的能量密度(1+z)^4增加的结果。其中一个源的HST图像显示,X射线发射也可能是由热的冲击气体储层产生的,正如明亮的光学弓形激波所证明的那样。通过叠加我们的数据,我们创建了一个深,100千秒曝光搜索扩散X射线发射从集群内的气体。我们没有检测到扩散发射,并推导出上限~ 1 e +44尔格/秒,从而排除了在z~2的团簇大小尺度的维里化结构。软X射线源的平均数与钱德拉深场中活动星系核的数密度一致。它们的角分布没有显示出与射电星系有关的大尺度结构的证据。
2004-12-01 astro-ph
The AGN Content of Ultraluminous IR Galaxies: High Resolution VLA Imaging of the IRAS 1Jy ULIRG Sample
本文介绍了IRAS 1 Jy超亮红外星系(ULIRG)样品中118个ULIRG中83个的高分辨率射电成像巡天结果。我们已经用甚大阵(VLA)在15 GHz观测到了这些ULIRG。我们发现,~75%的Seyfers(包括1型和2型)和LINER具有在我们的150质量分辨率下紧凑的放射性核。HII细胞核的检出率显著较低(32%);其中检出的细胞核优先为HII + LINER/Seyfert复合细胞核。在具有多个光学或近红外核的ULIRG中,我们的观测仅检测到一个(或没有)核;在这些ULIRG中,无线电检测通常朝向最亮的近红外核。射电源的紧凑性,AGN型核的探测率高于HII型核,在近红外中优先探测具有未分辨点源的核,低的软X射线与核射电光度比(反对热辐射为射电核提供动力),以及射电功率和H α光度之间缺乏相关性,都支持在活动星系核相关活动中探测到的放射性核的起源。这一结果是特别有趣的LINER ULIRGs的AGN的签名往往是模糊的其他波段。如此高的活动星系核发生率将首次为研究活动星系核、恒星暴增和星系合并之间的相互作用提供一个大样本。
2003-09-10 astro-ph
Signatures of Pseudoscalar Photon Mixing in CMB Radiation
我们模拟了光子和超轻赝标混合对电磁辐射在河外介质中传播的影响。介质被建模为大量的磁畴,彼此不相关。在小混合角极限下,得到了不同Stokes参量的解析表达式。不同的斯托克斯参数被发现线性增加的领域的数量。我们也验证了这一结果通过直接数值模拟。我们用这种形式估计赝标量光子混合对宇宙微波背景(CMB)极化的影响。我们通过CMB观测值对模型参数施加限制。我们发现,目前允许的参数范围内承认CMB圆偏振阶$10^{-7}$。
2008-07-29 astro-ph hep-ph
Ionizing radiation from hydrogen recombination strongly suppresses the lithium scattering signature in the CMB
有人认为,中性锂产生的二次CMB各向异性可以在红移z ~ 400附近打开一个新的观测窗口,并允许确定原始锂的丰度。这种效应是由于在允许的LiI双重态(2s^2 S_{1/2} -2p^2 P_{1/2,3/2})中的共振散射,因此它的可观测性取决于中性锂的形成历史。在这里,我们表明,在氢复合过程中产生的紫外光子是足够的,以保持锂在LiII电离阶段在相关的红移范围内,并抑制中性分数从以前的计算约3个数量级,使锂签名不可观察。
2005-07-05 astro-ph
The Vertical Structure and Ultraviolet Spectrum of X-Ray Irradiated Accretion Disks in Active Galactic Nuclei
最近的工作表明活动星系核中的紫外连续谱可能是由X射线照射吸积盘所吸收的能量再辐射产生的,基于此,我们计算了大质量非旋转黑洞周围X射线照射的吸积盘的垂直结构和紫外光谱.在找到这些磁盘的垂直积分量的径向依赖性,我们解决了流体静力平衡,能量平衡,和频率依赖的辐射传输作为高度的函数的方程。为了求解最后一组方程,我们使用可变爱丁顿因子方法。我们包括电子散射,自由,和HI,HeI,和HeII束缚自由不透明度和相应的连续冷却过程。虽然由X射线照射预测的整体光谱形状可能与观测结果一致,但它预测的莱曼边缘发射特征却不一致。这一发现提出了许多问题,否则似是而非的模型,其中X射线照射发挥了重要作用。
1996-09-13 astro-ph
On Active Galactic Nuclei as Sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays
我们测量了Swift BAT活动星系核目录的天空坐标与俄歇天文台探测到的最高能量宇宙射线到达方向之间的相关性。统计上完整的硬X射线目录有助于区分活动星系核和其他遵循局部大尺度结构分布的候选源。完整目录的位置与宇宙射线到达方向几乎不相关,但当用硬X射线通量加权时,100 Mpc以内的活动星系核的相关性达到98%的显著水平,这种相关性在100 Mpc以上的源中急剧下降,表明GZK抑制。我们讨论了确定将粒子加速到超过10^19 eV的极端能量的机制的意义。
2008-05-14 astro-ph hep-ph
Magnetized Sources of Ultra-high Energy Nuclei and Extragalactic Origin of the Ankle
最近有人提出,超高能宇宙射线可能起源于银河系外,直到“第二膝”,约为4 × 10 ^{17}eV。在这种情况下,在~ 5 × 10 ^{18}eV处的“踝”或“下沉”可能是由于在宇宙微波背景上的河外质子对的产生,这需要大约E^{-2.6}的注入光谱。已经指出,对于混合成分的原子核的注入,需要更硬的注入谱E^{-2.2}来拟合最高能量的谱,在这种情况下,需要银河分量来拟合踝以下的谱,除非质子分数大于85%。在这里,我们进行数值模拟,并发现,充分磁化的源,观察到的光谱高于10^{19}eV的方法再次纯质子注入的情况下,由于增加的路径长度和更有效的光衰变的源周围的核。这减少了给定能量下的二次通量,因此需要注入光谱~E^{-2.6},与纯质子注入一样陡峭。此外,踝关节可能再次充分占主导地位的质子被解释为对生产下降。
2005-07-28 astro-ph hep-ph
Dip in UHECR spectrum as signature of proton interaction with CMB
超高能河外质子通过宇宙微波辐射传播时,其光谱特征表现为倾斜、碰撞(堆积质子)和Greisen-Zatsepin-Kuzmin(GZK)截止。我们已经进行了这些功能的修改因子方面的分析。该分析是弱模型依赖的,特别是在倾斜的情况下。倾斜的能量形状由Akeno-AGASA数据和d.o.f.的$χ^2=19.06$证实。=17,使用两个自由参数进行比较。与HiRes数据的一致性也非常好。这是强有力的证据表明,在能量为$1\times 10^{18}$ eV - $4\times 10^{19}$ eV的UHE宇宙射线是通过CMB传播的河外质子。在磁场中扩散传播的情况下也存在倾角。
2005-02-28 astro-ph
High-energy cosmic-ray nuclei from high- and low-luminosity gamma-ray bursts and implications for multi-messenger astronomy
伽马射线暴(GRB)是超高能(约10^18.5 eV)宇宙射线(UHECR)源的候选源之一。利用Geant 4研究了伽玛暴中包含重核的高能宇宙线加速,并讨论了它的各种意义,同时考虑了高光度(HL)和低光度(LL)伽玛暴.这是因为如果LL伽玛暴形成一个独特的种群,它们也可能对观测到的UHECR通量做出重大贡献。我们表明,不仅质子,而且更重的核可以加速到超高能量的内部,(外部)反向和正向冲击模型。我们还表明,超高能重核,如铁的生存条件几乎是相同的约TeV的伽马射线从源逃逸,并为高能量中微子不会产生太多。中微子和GeV-TeV伽马射线望远镜,如IceCube和KM 3 Net,GLAST和MAGIC的多信使天文学将是重要的,看看GRB是否可以成为超高能重核的加速器。我们还展示了高能中微子和伽马射线的预期光谱,并讨论了它们的可探测性。此外,我们还讨论了GRB-UHECR假说的含义。我们指出,由于HL-GRB和LL-GRB的数密度差别很大,因此用UHECR观测确定它们的数密度也是很重要的。
2008-05-27 astro-ph
Dark Synergy: Gravitational Lensing and the CMB
功率谱和互相关测量的弱引力透镜的宇宙微波背景(CMB)和宇宙剪切的微弱星系图像将有助于揭示隐藏在CMB温度各向异性的量:暗能量,黑暗时代的结束,和通货膨胀的引力波振幅。即使是适度的调查,这两种类型的透镜功率谱打破CMB简并,他们最终可以改善暗能量状态方程w的约束超过一个数量级。在其交叉相关的集成萨克斯-沃尔夫效应,CMB透镜提供了一个独特的机会,更直接的检测的暗能量,并使其集群属性的研究。通过获得源的红移和互相关与CMB透镜,宇宙剪切调查提供了层析处理集群的演变相应地更好的精度上的暗能量状态方程和密度。两者都可以间接地提供再电离光学深度的检测和引力波约束的适度改善,我们比较更直接的约束。相反,来自CMB透镜的偏振B模式污染,像任何其他残留的前景一样,通过CMB偏振对引力波进行超高精度的前景变暗,需要大面积的天空进行统计相减。为了评估这些影响,我们提供了牛顿引力势的演化和传递函数的拟合公式。
2001-08-06 astro-ph
The Ultraviolet Emission Properties of Five Low-Redshift Active Galactic Nuclei at High Signal to Noise and Spectral Resolution
分析了5个低红移活动星系核(4个发光类星体:PKS~0405 $-$ 123,H1821+643,PG~0953+414,3C 273和1个明亮的Seyfert 1星系:Mrk~205)的紫外线发射谱线和连续谱线性质。HST光谱具有较高的信噪比(通常$\sim 60$每个分辨率元素)和光谱分辨率($R = 1300$)比所有以前公布的紫外光谱用于研究活动星系核的发射特性。在分析中,我们包括了包含\hb和窄[O III] $λλ$ 4959,5007双重峰的地基光谱。获得了以下新的结果:四个类星体的\lyb / \lya =0.03 $-$ 0.12,这是对类星体中长期预言的\lyb强度的首次精确测量。\lya \和C~IV的核在距谱线峰值约2000 km/s的$^{-1}$范围内是对称的,精度优于2.5%。\lya的这种高度对称性反对宽线云速度场具有显著径向分量的模型。如果体速度是唯一的谱线增宽机制,那么观测到的\lya和C~IV谱线轮廓的平滑性至少需要$\sim 10^4$单个云。\lya和C IV $λ$ 1549谱的总体相似性排除了具有维里化放射状分布的宽线区(BLR)模型。
1993-05-21 astro-ph
Ultra-High Energy Cosmic Ray Nuclei from Individual Magnetized Sources
我们研究了来自各个源的10 ^19 eV以上的超高能宇宙射线的成分、光谱和角分布与其磁化强度的关系。我们发现,特别是对于距离观测者只有几百万秒差距的辐射源,如果辐射源周围的场在几百万秒差距的尺度上为~ 10^-7高斯,那么可观测到的光谱和成分就会发生严重的变化。低能量粒子在其能量损失时间内扩散到更远的距离。这导致相当大的硬化的频谱的能量的损失距离变得可比的源距离。因此,磁化源对观测有非常重要的影响,即使宇宙射线到达距离源方向只有几度的距离。同时,光谱和化学成分的细节可能本质上是不可预测的,因为它们取决于未知的磁场结构。如果一次质子主要是原子质量为A的原子核,加速到最大能量E_max,其光谱并不比E^-2柔和多少,那么来自光致衰变的二次质子可以在光谱中产生一个明显的峰值,其能量约为E_max/A。一个相关的特征出现在平均质量对能量的依赖性上。
2004-08-20 astro-ph hep-ph
Extragalactic UHE proton spectrum and prediction for iron-nuclei flux at 10^8 - 10^9 GeV
本文研究了银河系宇宙射线到河外超高能宇宙射线的跃迁问题。利用河外超高能宇宙射线模型和观测到的全粒子宇宙线谱,计算了$10^8 - 10^9$ GeV能区铁核的银河能谱。在较低的能量下预测的通量和光谱与KASCADE数据吻合得很好。从银河到河外宇宙射线的跃迁在质子和铁核的光谱中可以清楚地看到,当它们被分别测量时。预测的铁谱的形状与霍尔扩散相一致。
2004-09-02 astro-ph
Ultrahigh Energy Nuclei Propagation in a Structured, Magnetized Universe
我们比较了铁核和质子核在一个结构化宇宙中的传播,该宇宙具有从大尺度结构模拟中获得的源和磁场分布,源密度约为10^(-5)Mpc^(-3)。所有相关的宇宙射线相互作用都被考虑在内,包括光致衰变和次级产物的传播。铁注入预测的光谱形状不同的质子注入不同意与现有的数据低于约30 EeV。因此,轻原子核或质子的注入必须在这些能量上有所贡献。然而,在更高的能量,现有的数据是一致的注入纯铁与光谱指数之间的2和2.4。这允许在大约100 EeV以上的光谱的显著恢复,特别是在大偏转的情况下。显着的自相关性和各向异性,以及相当大的宇宙方差也预测在这个能量范围内。平均原子质量A在不同的情况下波动很大。在低于60 EeV的能量下,如果观察到的A > 35,则磁场对传播的影响必须可以忽略。在最高能量下,观测到的通量将仅由少数几个源支配,其位置可由下一代实验确定在10-20度范围内,即使河外磁场很重要。
2004-12-20 astro-ph hep-ph
The Cosmic Microwave Background and Particle Physics
在未来的几年里,随着新一代宇宙微波背景(CMB)实验的出现,宇宙学和粒子物理学之间的联系将变得越来越重要。在这里,我们回顾了其中的一些链接。我们的主要重点是新的商业银行通胀测试。我们解释了宇宙几何和原始密度扰动的暴胀预测将如何通过CMB温度涨落进行检验,以及如何通过暴胀预测的引力波可以通过CMB偏振进行追求。本文还讨论了拓扑缺陷和宇宙相变产生的原初磁场的CMB特征。此外,我们回顾了当前和未来的CMB对各种类型的暗物质(如大质量中微子,弱相互作用的大质量粒子,轴子,真空能量),衰变粒子,宇宙的重子不对称性,超高能宇宙射线,奇异的宇宙拓扑结构,和其他新的物理学的限制。
1999-04-09 astro-ph hep-ph hep-th
Statistical Isotropy of CMB and Cosmic Topology
宇宙微扰统计均匀性和各向同性的破坏是宇宙超大尺度结构的一个普遍特征,特别是非平凡宇宙拓扑结构。宇宙微波背景温度涨落的统计各向同性(SI)(CMB各向异性)在与宇宙视界相当甚至超出宇宙视界的最大尺度上对这种击穿非常敏感。我们研究了一组措施,$κ_\ell$($\ell=1,2,3, >...$)的非零值表示和量化统计各向同性违反CMB地图。这里的主要目标是解释的$κ_\ell$频谱,并将其与宇宙拓扑结构所产生的CMB各向异性的关联函数中的特征模式。我们数值计算了平坦环面宇宙模型中CMB各向异性的预测$κ_\ell$谱。的基本特征被捕获在领先的顺序近似的关联函数,其中$κ_\ell$可以计算分析。的$κ_\ell$频谱示出,以反映由紧凑空间的狄利克雷域(DD)的形状和它的大小相对于宇宙视界的CMB相关的主方向的数量,重要性和相对取向。因此,除了检测宇宙拓扑结构,$κ_\ell$还可以区分宇宙的不同拓扑结构,补充正在进行的宇宙微波背景辐射各向异性数据中的宇宙拓扑结构搜索。
2003-08-11 astro-ph gr-qc hep-th