Ultrahigh energy cosmic rays from nearby starburst galaxies
超高能宇宙射线是自然界中观测到的亚原子粒子中能量最高的。寻找它们神秘的起源是目前科学界面临的一个重大挑战。在这里，我们探索这些粒子来自附近的星暴星系的可能性，这一情景与最近望远镜阵列实验观察到的宇宙射线热点相匹配，该热点位于距离星暴星系M82方向不远的57~EeV以上。具体而言，我们研究的随机传播的高能宇宙射线在空间中通过国家的最先进的模拟框架CRPropa~3，考虑到所有相关的粒子相互作用以及偏转的干预磁场。为了确保对这个模型的全面理解，我们考虑了能谱，宇宙成因中微子和伽马射线，以及到达方向的分布。星暴星系的情景很好地再现了望远镜阵列和皮埃尔俄歇天文台的观测结果，使其对于解释最高能量的宇宙射线的起源非常有吸引力。
2018-05-08 astro-ph.HE
Search for Sources of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
利用雅库茨克、AGASA和P.Auger资料，研究了高能广泛空气簇射（EAS）的到达方向。结果表明，雅库茨克和AGASA资料中EAS的到达方向与来自侧面输入的双射星相关，而P.Auger资料中EAS的到达方向与来自猎户座本旋臂输出的双射星相关。结果表明，这些脉冲星中的大多数都有一个短的旋转周期围绕其轴，比预期的脉冲星目录。
2010-11-10 astro-ph.HE
Extragalactic propagation of ultrahigh energy cosmic-rays
本文综述了高能宇宙射线（UHECR）的河外传播。我们提出了质子和原子核的不同能量损失过程，以及它们对UHECR谱和组成的能量演化的预期影响。我们讨论了皮埃尔俄歇天文台最近提供的成分分析的可能影响。河外磁场的影响和可能偏离的直线的情况下也提到，以及生产的次级宇宙成因中微子和光子和约束，他们的观察将意味着UHECRs的起源。最后，我们简要讨论了解决UHECRs之谜的多信使方法的相关性。
2011-11-14 astro-ph.HE
Testing the Newborn Pulsar Origin of Ultrahigh Energy Cosmic Rays with EeV Neutrinos
快速旋转的新生恒星是高能宇宙射线（UHECR）的有趣候选源。在河外脉冲星群的一小部分中，具有给定成分的粒子的加速可以为俄歇天文台的测量提供一致的解释。我们计算了当粒子穿过恒星周围的超新星喷出物时产生的相关漫射中微子通量。我们表明，在最小的脉冲星的情况下，是兼容的UHECR数据，有效的光学深度，强子核相互作用是大于1在1000000能量。因此，即使在最悲观的情况下，人们也可以预期$\sim 0.1 - 1 \,\rm EeV$中微子的能量通量应该在十年内被冰立方或阿斯卡里安射电阵列探测到。
2016-02-08 astro-ph.HE
Can Ultrahigh Energy Cosmic Rays Come from Gamma-Ray Bursts? II: Cosmic Rays Below the Ankle and Galactic GRB
推导了相对论冲击波加速宇宙线所能达到的最大能量。它表明，来自星际介质中长伽玛射线暴的前向冲击足够强大，足以产生$4\times 10^{18}$ eV的银河宇宙射线分量，直到脚踝，正如以前的建议（Levinson和Eichler，1993）。进一步认为，如果银河系外长伽玛暴也对踝部的成分产生影响，那么太阳圈内偶然发生的银河系伽玛暴的贡献将超过太阳圈向外通量的观测极限，除非不透明度和/或光束导致当前的贡献小于时间平均值的$10^{-3}$倍，并指出了这些避免方案的困难。
2011-08-22 astro-ph.HE
Ultrahigh Energy Cosmic Rays: A Galactic Origin?
这表明，我们探测到的基本上所有UHECR，包括那些能量最高的，都起源于我们的银河系。结果表明，即使源的密度随银河系半径减小，也可以理解各向异性和组成。俄歇合作最近报道的向内各向异性可以理解为沿着太阳圈外的UHECR当前片漂移，正如Kumar和Eichler（2014）所预测的那样，而那些起源于太阳圈内的UHECR则在高纬度离开银河系。
2016-04-19 astro-ph.HE
Spectra and Mass Composition of Ultrahigh-Energy Cosmic Rays from Point Sources
我们提出的光谱和质量组成的宇宙射线入射到地球的能量范围（0.5-2）10^20 eV。作为它们的来源，我们考虑距离小于40 Mpc的塞弗特星系，遵循这种中等功率物体的加速度模型。假设源处粒子的质量组成是混合的。生成光谱由函数E^（-g 0）描述，其中g 0是任意参数。结果表明，采用的假设，使它能够描述由HiRes和皮埃尔俄歇天文台提供的实验数据，使用不同的g 0值。
2012-04-25 astro-ph.HE
Origin of Ultrahigh Energy Galactic Cosmic Rays: The Isotropy Problem
我们研究了超高能宇宙射线（UHECR）在银河系中的传播，集中在脚踝以下的能量范围在4 EeV的频谱。基于随时间变化的扩散问题的解析解，采用Monte-Carlo方法，通过将源放置在随机位置来计算不连续性。假设一个源人口的规模与重子质量密度或恒星形成（如长GRB），我们得到的约束所产生的不稳定性和观测限制的组成和各向异性。结果表明，在1 e18 eV的组成和各向异性是难以再现的，并要求a）粒子平均自由程远小于回转半径，这意味着逃逸时间很长，b）组成比最近的俄歇数据所建议的要重，c）超高能亚踝分量主要是河外的，或者d）我们生活在超高能宇宙射线产生的一个罕见的平静期，目前的超高能宇宙射线强度远远低于银河系的平均时间。因此，我们建议一个强有力的观测重点，以确定UHECR组成约1 e18 eV。
2011-10-06 astro-ph.HE
Central accumulation of magnetic flux in massive Seyfert galaxies as a possible engine to trigger ultrahigh energy cosmic rays
在本文中，我们研究了从Seyferts产生的高能宇宙射线（UHECR）。我们讨论了两种可能的发动机触发模型：纯辐射转移和极向磁通量的能量提取获得的UHECR光度。第一种情况是由克尔细长盘或邦迪吸积机制。由于假设塞弗特的宽带光谱表明至少它们的吸积盘的外部是冷的和几何薄的，并且由于我们的结果指出随之而来的辐射能量传递是低效的，我们建立了第二种方法，其基础是具有足够中心极向磁场的大质量塞弗茨，以触发磁驱动带电粒子的外流，从而能够解释观测到的UHECR和伽马在地球实验中，来自给定的塞弗特源的射线。
2018-03-06 astro-ph.HE
Ultrahigh energy cosmic rays from a nearby extragalactic source in the diffusive regime
我们研究了宇宙射线在本超星系团磁场中的扩散对附近的河外源的能谱的影响。我们发现，强烈增强的能量以下的扩散和quasirectangular制度之间的过渡发生，以及在较低的能量与有限的源年龄的抑制，可以帮助解释所观察到的宇宙射线谱和组成的功能。讨论的情况下，附近的河外源的混合成分和刚性依赖的光谱占大多数观测到的宇宙射线在几个EeV以上的能量，而其余的河外源导致的扩散通量占主导地位，在较低的能量和下降到$\sim 0.1$ ~EeV。附近的源也可以自然地解释4~EeV以上的偶极各向异性测量，这些测量也可以帮助约束其随红移的演化。
2019-05-06 astro-ph.HE
Disappointing model for ultrahigh-energy cosmic rays
俄歇天文台的观测数据表明，在（1 - 3）EeV处，超高能宇宙射线谱的化学成分以质子为主，随着能量的增加，其化学成分逐渐变重。为了解释这一特征，我们假设（1 - 3）EeV的质子是河外质子，并推导出它们的最大加速能量E_p^{max} \simeq 4 EeV，这与光谱和组成都是一致的。我们还假设了重核的刚性相关加速机制E_A^{max} = Z x E_p^{max}。该模型有相当令人失望的结果：i）没有π光子的CMB光子在河外空间的光生，因此ii）没有高能量宇宙成因中微子流量; iii）没有GZK截止的频谱; iv）没有相关性，由于核偏转在银河系磁场的最高能量附近的源。
2011-05-05 astro-ph.HE
Ultrahigh energy cosmic rays and neutrino flux models
本文综述超高能中微子搜索及其与宇宙线的关联，梳理产生机制、潜在源、模型无关通量基准及模型依赖预测方法。
2025-02-17 astro-ph.HE hep-ph
Exploring the superwind mechanism for generating ultrahigh-energy cosmic rays using large-scale modeling of starbursts
皮埃尔·奥杰合作组织提供了一个令人信服的迹象，表明超高能宇宙射线和附近星暴星系的到达方向之间可能存在相关性。在这里，我们展示了如何最新的大尺度模拟的星爆星系是兼容的宇宙射线产生的各向异性信号被加速在终端冲击的超级风。
2020-07-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the origin of cosmic rays in Cygnus Cocoon using ultrahigh-energy gamma-ray and neutrino observations
最近HAWC和LHAASO天文台从费米-LAT 4FGL源4FGL J2028.6+ 4110 e（天鹅座茧）方向观测到的高达100 TeV和1.4 PeV的高能伽马射线，表明它们的产生是在轻子过程中的强子起源。IceCube中微子天文台报告了IceCube-201120 A，这是一个来自同一方向的中微子事件，表明天鹅茧可能对应于高能宇宙射线的最合理来源之一。本文研究了中微子事件与观测到的天鹅茧超高能γ射线之间的表观关系，以探讨它是否可以用加速宇宙射线与周围物质的强子相互作用来一致地解释。我们的发现表明轻子机制和纯强子机制对理解总电磁波谱以及观测到的中微子事件都有相当大的贡献。对天鹅座茧中预期的μ子中微子事件的估计与冰立方多年观测中迄今为止检测到的一个μ子中微子事件一致。因此，我们的研究结果表明，天鹅座茧是一个银河系宇宙射线源的潜力，能够加速至少高达PeV的能量。
2023-03-06 astro-ph.HE
Magnetic diffusion and interaction effects on Ultrahigh Energy Cosmic Rays: protons and nuclei
到达地球的超高能宇宙射线的通量受到与宇宙辐射背景以及沿其轨迹存在的磁场的相互作用的影响。我们结合SimProp宇宙射线传播代码与一个例程，允许帐户的平均影响的湍流磁场上的粒子的传播方向。我们用这种方法计算了由于磁视界效应而对原始核和由原始核的光致衰变而产生的次级核的谱的修正。我们还提供了衰减效应的解析参数化，作为磁场参数和宇宙射线源的密度的函数，这使得有可能获得预期的光谱中存在的磁场从光谱中，将获得在没有磁场。具有有限密度的源的分布的离散性质也影响在最高能量的宇宙射线的光谱，其中通量被抑制，由于与辐射背景的相互作用，并获得这些影响的参数化。
2021-09-07 astro-ph.HE
How, where and when do cosmic rays reach ultrahigh energies?
了解超高能宇宙射线（UHECR）的起源--其能量超过$10^{20}~{\rm eV}$ --将粒子加速物理学扩展到其极限。在这篇评论中，我们讨论了如何可以达到这样的能量，使用一般的参数，往往可以在信封的背面。我们探讨可能的粒子加速机制，特别注意冲击加速。通知的参数推导，我们讨论了UHECR可能来自哪里，以及哪些类的强大的天体可能是UHECR源;一般来说，我们赞成射电星系，伽玛暴余辉和其他来源，是不是太紧凑，并在大尺度上耗散大量的能量，使他们能够产生大的产品$βB R$没有经历限制性损失的CR。最后，我们讨论了当UHECR加速突出的重要性源的变化，并探讨了有趣的可能性，即UHECR到达方向部分是由于“回声”从磁结构在当地的宇宙。
2023-01-06 astro-ph.HE
Anisotropies of ultrahigh-energy cosmic rays in a scenario with nearby sources
由于银河系和河外磁场的影响，超高能宇宙线源的图像以一种与能量相关的方式发生扭曲。这些偏转也会影响观测到的宇宙射线谱，特别是当源是瞬态的时候。我们研究的情况下，一个或几个附近的河外源，如CenA或M81/M82，提供了占主导地位的贡献，以上的脚踝的宇宙射线流量的频谱。我们讨论的角色散引起的湍流河外磁场的影响，和相干偏转所造成的规则的银河系磁场，与相关的多重成像的来源。我们认为，这些来源的可能贡献的偶极分布发现的皮埃尔俄歇天文台以上8 EeV，以及暗示的热点观测皮埃尔俄歇和望远镜阵列天文台在更高的能量，考虑到混合性质的宇宙射线成分。
2022-02-07 astro-ph.HE
Arrival Directions of Ultrahigh Energy Showers Arrival Directions of Ultrahigh Energy Showers
利用世界台阵资料，分析了高能广泛空气簇射（EAS）的到达方向。结果表明，雅库茨克和俄歇资料的高能EAS到达方向与银河系本旋臂猎户座的角速度有一定的相关性。利用雅库茨克阵列数据发现傅里叶列的一阶谐波幅值较大。讨论了宇宙射线的起源问题。
2011-07-21 astro-ph.HE
Bounds on the origin of extragalactic ultrahigh energy cosmic rays from the IceCube neutrino observations
我们研究了能量范围从$10^{6}$ GeV到$10^{10}$ GeV的IceCube观测对河外高能宇宙射线起源的一般意义，假设高能中微子是由河外宇宙中质子的光生产生的。冰立方观测到的PeV能量中微子通量给出了它们源中质子的光介子产生光学深度和河外宇宙射线质子分量强度的强界。中微子通量意味着河外宇宙射线源的光学深度应该大于$\sim 0.01$，并且对观测到的10 PeV的大量宇宙射线的贡献超过百分之几。如果来自这些河外源的宇宙射线的光谱远远超过1 EeV，中微子通量表明河外宇宙射线在1 EeV及以上的观测到的总宇宙射线通量中占主导地位，有利于宇宙射线的倾斜跃迁模型。在这种情况下，宇宙射线源也需要是有效的中微子发射器，光学厚度接近1。最高能量的宇宙射线（$\sim 10^{11}$ GeV）源不应该随着红移而强烈演化，以解释冰立方的观测结果，这表明任何涉及遥远的强大天体的宇宙射线辐射场景都是强烈不受欢迎的。这些考虑的结论是，没有一个已知的河外天体可以同时是PeV和trans-EeV能量宇宙射线的来源。我们还讨论了宇宙线在磁化星系际空间中的传播对观测到的宇宙线总通量与中微子通量之间的联系的可能影响。
2014-12-17 astro-ph.HE
Correlations between Ultrahigh Energy Cosmic Rays and AGNs
我们研究了Pierre Auger天文台报道的最高能量宇宙射线（UHECR）与Veron-Cetty Veron（VCV）活动星系核目录中星系之间的相关性。首先，我们量化的VCV目录的不均匀性和杂质的程度。其次，我们确定如何修改最高能量俄歇UHECRs和VCV星系之间的相关性时，只有光学识别AGN使用。最后，我们测量公布的俄歇UHECR和物质分布之间的相关性。我们最重要的发现是，UHECR和活动星系核之间的相关性太强，不能纯粹用活动星系核追踪大尺度物质分布来解释，这表明（除非相关性是统计上的侥幸）UHECR中有相当一部分是由活动星系核产生的。我们还发现，一旦我们考虑到在室女座地区的VCV目录的重过采样，从该地区的UHECR事件的缺乏是不相容的UHECR活动星系核的来源。
2009-04-27 astro-ph.HE
Testing unified models for the origin of ultrahigh-energy cosmic rays and neutrinos: Multimessenger approaches with x-ray observations
本文提出基于X射线暂现源的天体物理统一模型，解释超高能宇宙射线与高能中微子的共同起源，并利用多信使观测限制源参数，凸显MAXI和Einstein Probe等X射线设施的诊断价值。
2024-08-28 astro-ph.HE
Hints on the Existence of Superheavy Dark matter and Ultrahigh Energy Dark Matter in Extreme Energy Cosmic Rays Observations
本文假设存在两种暗物质粒子：超重暗物质粒子（SHDM），其质量为$\sim$暴胀子质量;较轻的费米子暗物质粒子（LFDM），其衰变的超相对论产物。本文计算了俄歇天文台（Auger）在1 EeV ~ 1 ZeV能量范围内，在0 $^{\circ}$ ~ 60 $^{\circ}$的天顶角下，SHDM衰变不同寿命时的LFDM事件率。从而证明了在俄歇上测量这些LFDM的可能性。在假定LFDM对簇射的探测效率为100%的基础上，讨论了LFDM对极能宇宙射线（EECR）能谱的贡献.同时发现，在以往的EECRs观测中，存在着一些关于SHDM和LFDM存在的暗示。
2019-10-10 astro-ph.HE
The Anisotropies and Origins of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
冰立方每年探测到超过10万个能量在GeV到PeV之间的中微子。其中，我们已经分离出了高能宇宙中微子流。我将讨论仪器，数据的分析，宇宙中微子发现的意义，以及最近的多信使观测一个耀斑TeV耀变体与冰立方中微子警报IC 170922巧合。
2018-10-04 astro-ph.HE hep-ph
Future ground arrays for ultrahigh-energy cosmic rays: recent updates and perspectives
超高能宇宙射线（UHECR）的起源和性质是粒子天体物理学和天文学中最令人感兴趣的谜团之一。两个最大的天文台，皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列实验，正在两个半球稳定地观测UHECR，以便更好地了解它们的起源和最高能量的相关加速机制。我们重点介绍他们的最新成果，包括正在进行的升级，AugerPrime和TAx4，然后解决下一代天文台的要求。我们分享最近的更新和未来的地面阵列的荧光探测器的前景，解决了大面积，低成本的探测器，适用于测量最高能量的宇宙射线与前所未有的孔径的属性的要求。
2018-10-15 astro-ph.HE hep-ex
Observable spectral and angular distributions of $γ$-rays from extragalactic ultrahigh energy cosmic ray accelerators: the case of extreme TeV blazars
来自河外宇宙射线源的超高能质子和原子核引发了星系间的电磁级联，导致在GeV-TeV能量域中可观测到的$γ$射线通量。这种强子性质的级联$γ$射线的总光谱比通常预期的耀变体的光谱要硬得多。一些被称为“极端TeV耀变体”的源的光谱可以很好地用这个“星系际强子级联模型”（IHCM）来描述。我们计算了可观测到的点状谱的形状，以及观测到的$γ$射线的角分布，首次考虑到初级质子偏转的影响，在细丝和星系团的河外磁场假设Dolag等人（2005）的模型。我们目前的宽度估计的可观察到的$γ$射线角分布来自简单的几何考虑。我们还采用了混合代码来计算可观测的光谱和角分布的$γ$射线。在多TeV能量下可观察到的点状光谱比在所有可观察角度值上平均的光谱要软得多。在IHCM的框架内，极端TeV耀变体的可观测光谱中存在高能截止，这将大大促进未来对新物理过程的研究，这些过程将增强宇宙中$γ$射线的明显透明度（例如，$γ\rightarrow ALP$振荡）。可观测角分布的宽度大于或相当于下一代$γ$射线望远镜的点扩散函数的范围。
2021-05-21 astro-ph.HE
Newly-born pulsars as sources of ultrahigh energy cosmic rays
新生的中子星提供了注入重核的有利场所，并使它们进一步加速到高能。一旦在脉冲星风中加速，原子核就必须从周围的超新星包层中逃逸。我们研究这种逃逸分析和数值，并讨论脉冲星源的情况下，最新的高能宇宙线（UHECR）的数据。我们的计算表明，在早期，当质子可以被加速到能量E>10^20 eV时，年轻的超新星壳层往往会阻止它们逃逸。相比之下，由于它们的电荷更高，铁峰核在稍后的时间仍然被加速到最高观测能量，当包层变得足够薄以允许它们逃逸时。超高能铁原子核可以从新诞生的具有毫秒周期和偶极磁场为~10^（12-13）G的超新星中逃逸出来。由于次级核子的产生，包线交叉导致了在几个EeV处从轻元素到重元素的成分转变，正如俄歇天文台所观察到的那样。逃逸还导致比最初经由单极感应注入的光谱斜率更软的光谱斜率，这允许与观察到的UHECR光谱良好拟合。我们的结论是，在一个合理的小部分（< 0.01%）的河外旋转动力的年轻恒星中，铁峰元素的加速将令人满意地再现当前的UHECR数据。这种情况下可能的签名进行了讨论。
2012-01-25 astro-ph.HE
Origin of the Ultrahigh-Energy Cosmic Rays and their Spectral Break
皮埃尔·俄歇天文台观测到的能量在宇宙线踝以上的高能宇宙射线（UHECR）的能谱、成分和到达方向，如果假设其起源于河外，则会出现不一致的情况。然而，它们的观测特性，是那些由银河系伽马射线暴中发射的高度相对论性喷流加速的UHECR所预期的，其中大部分都是从地球发射的。如果这种替代解释是正确的，那么在50 EeV附近观察到的UHECR能谱的断裂不是Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止，而是来自银河系的高能铁宇宙射线自由逃逸的能量阈值，并且高于它们各自的自由逃逸阈值能量，UHECR核应该指向它们的银河系源或它们的残余，而不是GZK视界内的活动星系核（AGN）。
2011-06-21 astro-ph.HE hep-ph
The Galactic magnetic field and its lensing of ultrahigh energy and Galactic cosmic rays
人们早就认识到，磁场在许多天体物理环境中发挥着重要作用，但太阳系以外的磁场的强度和结构充其量只是定性的限制。特别是银河系磁场是至关重要的模拟银河系CRs的运输，计算背景的暗物质和CMB宇宙学研究，并确定来源的UHECRs。这份报告简要概述了我们对银河系磁场（GMF）及其对银河系和高能宇宙射线的透镜效应的理解的最新重大进展。
2015-11-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Past Galactic GRBs, and the origin and composition of ultrahigh-energy cosmic rays
皮埃尔·俄歇天文台的最新结果表明，超高能宇宙射线（UHECR）的化学成分与能量有关，在高能量下重元素的比例不断增加。这指出了银河系源的不可忽视的贡献，例如过去的伽马射线暴和银河系中其他罕见但强大的恒星爆炸。银河系磁场中的扩散效应改变了观测到的成分，并使UHECR的通量各向同性，在银河系中心方向上的各向异性高达百分之几，以及由于最近/最近爆发的位置而具有“热点”的一些小尺度各向异性。
2010-07-06 astro-ph.HE hep-ph
The Galactic magnetic field in the light of starburst-generated ultrahigh-energy cosmic rays
俄歇数据显示了超高能宇宙射线（UHECR）和附近星暴星系之间相关性的证据。这种有趣的相关性与望远镜阵列收集的数据是一致的，这些数据揭示了距离星暴星系M82不远的到达方向上的一个更明显的方向性“热点”。在这项工作中，我们假设恒星爆发的源UHECR和调查的前景，使用观测到的分布UHECR到达方向来约束银河系磁场模型。我们表明，如果望远镜阵列的热点确实起源于M82，UHECR数据将放置一个强有力的约束相干和湍流分量的银河系磁场。
2019-07-14 astro-ph.HE hep-ph
Distortion of the ultrahigh energy cosmic ray flux from rare transient sources in inhomogeneous extragalactic magnetic fields
探测和表征最高能量宇宙射线到达方向的各向异性模式是确定其来源的关键步骤。我们讨论了一种可能的扭曲的宇宙线通量的各向异性和不均匀分布的河外磁场的情况下，源的能量宇宙射线是罕见的瞬态现象，如伽马射线暴和/或新诞生的磁星。这种畸变不涉及角偏转，而是涉及与在实验寿命上看到源的概率相关的通量调制。为了量化这种失真，我们构建了这些最高能量的宇宙射线的到达方向的天空地图的各种磁场配置，并呼吁在文献中提出的统计测试。我们的结论是，这种畸变不会影响目前的实验，但在未来的大规模实验中进行各向异性研究时应该考虑到，这些实验记录了多达数百个6 × 10^19 eV以上的事件。
2011-01-20 astro-ph.HE
Search Sources of Cosmic Rays Ultrahigh Energy
利用雅库茨克、AGASA和P.Auger资料，研究了高能广泛空气簇射（EAS）的到达方向。由雅库茨克资料发现，具有亏损μ子的EAS的到达方向不是各向同性的。大部分的EAS形成双峰，最大值出现在星系的反中心。结果表明，雅库茨克、AGASA、俄歇等资料的某些EAS与大气环流有一定的相关性.这些卫星位于银河猎户座的输入和输出本地臂附近。大多数恒星的自转周期都很短。讨论了宇宙线的起源问题。
2010-07-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Toward a robust inference method for the likelihood of low-luminosity gamma-ray bursts to be progenitors of ultrahigh-energy cosmic rays correlating with starburst galaxies
最近，Pierre Auger合作组织报告了最高能量宇宙射线和附近星暴星系的到达方向之间的$4.5σ$相关性。产生各向异性信号的宇宙射线被认为起源于低光度的伽马射线暴（llGRB）。基于合理的假设，即在红移$z<0.3$的主机金属丰度是一个很好的指标的llGRB生产率，我们表明，该协会的llGRB和星爆相关的俄歇数据被排除在90%的置信水平。
2020-01-13 astro-ph.HE hep-ph
Emergence of a neutrino flux above 5 PeV and implications for ultrahigh energy cosmic rays
本文首次联合拟合冰立方、KM3NeT的中微子数据与Auger的宇宙线数据，验证共同起源假说，发现唯象模型可解释联合数据，且提示存在Auger未可靠探测的额外宇宙线源群体，为超高能宇宙线研究提供新启示。
2025-02-12 astro-ph.HE
Exploring the role of accretion shocks in galaxy clusters as sources of ultrahigh-energy cosmic rays
Instituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (ITeDA, CNEA-CONICET-UNSAM)（探测与天体粒子技术研究所）；Centro Atómico Constituyentes（孔斯蒂图延特斯原子中心）；Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA)（天体物理学与空间物理研究所）
研究银河团吸积激波作为极高能宇宙射线源的可能性，通过拟合观测数据确定模型参数，探讨其在解释宇宙射线通量中的作用。
2026-01-26 astro-ph.HE
What have we learned about the sources of ultrahigh-energy cosmic rays via neutrino astronomy?
冰立方天文台对TeV-PeV能量宇宙中微子的观测表明，河外宇宙射线源的光学深度应大于$\sim$ 0.01，并对观测到的10 PeV宇宙射线的贡献率超过10%。如果来自这些河外源的宇宙射线的光谱远远超过1 EeV，中微子通量表明河外宇宙射线质子在1 EeV的总宇宙射线通量中占主导地位。在已知的强大天体中，包括伽玛射线暴（GRB），只有平谱射电类星体（勉强）满足这些条件。另一方面，对能量远超过PeV的中微子的零检测排除了射电大声活动星系核（AGN）和/或伽玛暴（GRB）的可能性，这些在文献中讨论的流行的源候选者是最高能量宇宙射线（$\sim100 {\rm EeV}$）的起源，如果它们主要由质子组成。它们的起源必须是在与恒星形成速率相当或更慢的时间尺度上演化的物体。这些考虑表明，没有一个已知的河外天体可以同时是PeV和trans-EeV能量的宇宙射线源。由于严格限制EeV能量中微子通量，AGN和新生脉冲星模型的参数空间的一个重要部分开始显得不利，即使是在最高能量的混合和重宇宙射线成分的情况下。
2016-12-15 astro-ph.HE
Implications of gamma-ray and neutrino observations on source models of ultrahigh energy cosmic rays
高能宇宙射线（UHECR）的起源和性质仍然是未知的。然而，由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列的观测，在过去几年中取得了很大的进展。在$10^{18}$ eV以上，观察到的能谱呈现两个特征：在大约$10^{18.7}$ eV处斜率硬化，这被称为踝部，以及在大约$10^{19.6}$ eV处的抑制。从实验数据推断的组合物，解释通过使用目前的高能强子相互作用模型，似乎是轻的脚踝以下，显示出一种趋势，以较重的原子核的初级能量值的增加。目前的高能强子相互作用模型，更新使用大型强子对撞机的数据，仍然受到很大的系统不确定性，这使得很难解释的实验数据的组成。另一方面，众所周知，伽马射线和中微子是由UHECR在从其源传播期间产生的，这是它们与宇宙中存在的辐射场相互作用的结果。这些次级粒子在地球上的通量取决于UHECR的源模型，包括注入时的化学成分。因此，γ射线和中微子观测都可以用来约束UHECR的源模型，包括成分的方式是独立的高能强子相互作用模型。在这篇文章中，我将回顾最近的结果，通过使用最新的伽马射线和中微子的观测。
2019-05-21 astro-ph.HE
Source models of ultrahigh-energy cosmic rays
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（高能物理研究所，中国科学院粒子天体物理重点实验室）；TIANFU Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）
该研究探讨超高能宇宙射线的潜在起源与加速机制，分析多种天体现象的贡献，提出剪切加速机制，指出未来多信使观测将助力完善相关认知。
2026-08-28 astro-ph.HE
Constraining photohadronic scenarios for the unified origin of IceCube neutrinos and ultrahigh-energy cosmic rays
在冰立方中测量的扩散中微子通量与超高能宇宙射线（UHECR）通量相当，这导致了高能中微子和UHECR背景的统一起源的概念。我们构建了一个通用的统一模型的源来解释UHECR数据在$\gtrsim 10^{19}$ eV，和高能中微子的能量超过$\sim100$ TeV的光介子生产过程的框架，并提供一般的约束源的属性。为了将宇宙射线加速到高能，必须实现一个具有适度有效的原位产生$\gtrsim 100$ TeV中微子的源环境，其光学深度为$0.1 \lesssim τ_{pγ}\lesssim 0.6$。测量到的宇宙射线和中微子的通量为源的光度及其速率密度设定了一个界限。虽然这些结果具有一定的普遍性，且适用于未知源总体，但在所提出的候选源中，只要适当选择等离子体外流的Lorentz体积因子、宇宙射线和磁场的均分参数，低亮度伽马射线暴（GRB）和潮汐破裂事件（TDEs）都可以满足要求。
2020-09-10 astro-ph.HE hep-ph
Do Ultrahigh Energy Cosmic Rays Come from Active Galactic Nuclei and Fermi $γ$-ray Sources?
我们研究了俄歇、AGASA和雅库茨克观测到的高能宇宙射线（UHECR）与附近活动星系核（AGN）和$Fermi$源之间可能存在的相关性。我们考虑的偏转效应的银河系磁场（GMF）模型约束的最新测量。我们发现银河系磁场对UHECR的平均偏转角小于$4^\circ$。俄歇宇宙线事件和附近的活动星系核之间的相关性与$\sim 4σ$的显着性水平被发现的俄歇UHECR数据集与或不偏转校正。AGASA/雅库茨克事件与附近活动星系核之间没有相关性。当考虑由GMF模型计算的偏转时，发现Auger事件和$Fermi$源之间以及AGASA事件和$Fermi$活动星系核之间存在边缘相关。然而，雅库茨克数据和$Fermi$源之间没有发现相关性。一些$Fermi$源靠近俄歇、AGASA和雅库茨克探测到的UHECR事件的到达方向，其中大部分可能是偶然巧合，而不是附近宇宙中产生UHECR的物体。NGC 4945、ESO 323-G77、NGC 6951和Cen A等4个100 Mpc以内的$Fermi$源，在距其位置$3.1^{\circ}$以内都有UHECR事件，可能是宇宙线加速器。然而，只有在优选地在这些方向上检测到更多的UHECR时，才能确认关联。
2010-08-18 astro-ph.HE
Role of Galactic sources and magnetic fields in forming the observed energy-dependent composition of ultrahigh-energy cosmic rays
皮埃尔俄歇天文台最近的结果显示，超高能宇宙射线（UHECR）的化学成分与能量有关，在高能量下重元素的比例越来越大，这表明银河系源可能有不可忽视的贡献。我们表明，在由伽马射线暴（GRB）或罕见类型的超新星爆炸，发生在过去的银河系中产生的UHECR的情况下，在UHECR的组成的变化可以导致不同的物种在扩散时间的差异。在银河系中心方向的各向异性预计是百分之几的平均值，但最近/最近的爆发的位置可以与观察到的UHECR集群。
2010-08-18 astro-ph.HE hep-ph
Acceleration and propagation of ultrahigh energy cosmic rays
尽管在过去的50年里进行了巨大的实验努力和活跃的理论研究，但最高能量宇宙射线的起源仍然是现代天体物理学中最引人注目的谜团之一。在过去的十年中已经知道了令人兴奋的实验结果，最特别的是在预期的位置检测到一个截止的长期寻求Greisen-Zatsepin-Kuzmin抑制以及大规模各向异性的证据。本文总结和讨论了该领域的最新研究成果。
2012-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Luminosity of ultrahigh energy cosmic rays and bounds on magnetic luminosity of radio-loud active galactic nuclei
本文研究了活动星系核中旋转黑洞产生的磁通量，并将其与由9个高能宇宙线（UHECR）活动星系核源观测到的GeV-TeV γ射线积分通量计算得到的UHECR亮度上限进行了比较。我们发现，在预期的黑洞旋转范围（0.44<a<0.80）内，AGN理论磁光度的相应界与UHECR光度的计算值一致。我们认为，这样的结果可能有助于约束活动星系核的磁性和动力学性质作为唯象的工具来解释适当加速最高能量宇宙射线的必要条件。
2015-11-03 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Sombrero Galaxy as an Accelerator of Ultrahigh Energy Cosmic Ray Nuclei
Lehman College, City University of New York（纽约市立大学莱曼学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生中心）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）
圆顶星系中心的超大质量黑洞可能高效加速轻重核至最高能量，挑战传统观点。
2025-12-24 astro-ph.HE
The current recorded signals of ultrahigh-energy $γ$-rays may come from EeVatrons in the galaxy
用胶子凝聚效应的强子模型解释了超新星遗迹G106.3+2.7的硬$γ$射线谱。这意味着不仅PeVatron，而且EeVatron普遍存在于包括我们银河系在内的宇宙中，它们可以将质子加速到“脚踝”之外（$10^{19}~eV$）。虽然这些质子束在星系中非常微弱，在地球上无法单独观测到，但胶子凝聚效应可能会大大增强质子-质子截面，从而可以补偿微弱的质子通量，产生观测到的$γ$ -射线。我们还表明，质子中的胶子凝聚效应提供了一个有效的转换机制的动能到$γ$ -射线在宇宙中。
2021-09-22 astro-ph.HE hep-ph
Acceleration of ultrahigh-energy cosmic rays in starburst superwinds
超高能宇宙射线（UHECR）的来源一直难以捉摸。然而，皮埃尔·俄歇天文台的最新报告提供了一个令人信服的迹象，表明UHECR和附近星暴星系的到达方向之间可能存在相关性。我们认为，如果星爆是源的UHECR，那么粒子加速的大规模终端冲击流从星爆发动机的超级风，代表了最知名的概念模型在市场上。我们研究模型上的新约束，并相应地重新调整自由参数。我们表明，UHECR加速超过约10^{11} GeV仍然与观测一致。我们还表明，该模型可以容纳硬源谱所需的俄歇数据。我们演示了如何中微子发射可以被用来作为一个加速模型之间的干扰。
2018-03-04 astro-ph.HE hep-ph
Ultrahigh-energy cosmic ray interactions as the origin of very high energy $γ-$rays from BL Lacs
我们解释了观测到的多波长光子光谱的BL Lac对象在非常高的能量（VHE，$E \gtrsim 30$ GeV），使用一个轻强子发射模型。用单区轻子辐射拟合同步辐射峰。随后，计算SSC谱，使得其延伸到所考虑的射流参数的可能的最高能量。超过这个能量的数据点，也在整个VHE范围内很好地解释使用强子发射模型。超高能宇宙射线（UHECR，$E\gtrsim 0.1$ EeV）从源中逃逸出来，在宇宙学距离上传播时与河外背景光（EBL）相互作用，引发能量低至$\sim1$ GeV的电磁级联。由此产生的光子谱在$\sim1$ TeV能量处达到峰值。我们考虑一个随机湍流河外磁场（EGMF）的Kolmogorov功率谱找到生存率的UHECR在0.1度的传播方向，观察者位于。我们限制自己的EGMF，$B_{\rm rms}\sim 10^{-5}$ nG，从UHECR相互作用的光子光谱能量分布（SED）的显着贡献的RMS值。我们发现，UHECR相互作用的EBL和二次级联发射可以拟合伽马射线数据从BL湖，我们认为在最高的能量。UHECR所需的光度和相应的喷流功率低于这些BL Lac中超大质量黑洞的爱丁顿光度。
2019-12-13 astro-ph.HE
Ultrahigh-Energy Cosmic Rays from the "En Caul" Birth of Magnetars
如果核密度物质的状态方程是这样的，两颗低质量的中子星有时可以形成一颗大质量的中子星，而不是一个黑洞，那么快速旋转的磁星可能通过白矮星的吸积诱导坍缩或中子星合并而形成。无论哪种情况，新诞生的磁星都是产生超高能宇宙射线（单个能量超过$10^{18}\,{\rm eV}$的粒子; UHECR）的吸引人的地点。短周期自旋和强磁场能够将粒子加速到适当的能量，磁星上和周围物质的组成自然可以解释最近在UHECR中重元素的推断。我们探讨这些磁星周围的少量出生碎片是否允许UHECR容易逃脱。我们还调查了磁星周围独特的环境对UHECR的影响，磁星周围的环境由相对论粒子和碎片内的磁场组成。UHECR的速率和能量与这种起源是一致的，即使产生快速旋转磁星的事件的速率仍然非常不确定。喷出物的低质量也有助于限制与这种情况相关的高能中微子背景，使其在大多数磁星参数空间上低于当前的冰立方约束。一个独特的预测是，UHECR可能会产生在旧的恒星环境没有强大的恒星形成的对比，将预期为其他UHECR的情况下，如活动星系核或长伽马射线暴。
2016-05-10 astro-ph.HE
New test of Lorentz symmetry using ultrahigh-energy cosmic rays
我们提出了一个创新的测试洛伦兹对称性，通过观察对同时平行广泛的空气阵雨产生的超高能宇宙射线核的碎片，在与太阳光子的碰撞解体。我们发现，搜索的交叉相关的阵雨到达时间和方向成为背景免费的角度尺度< 3^ \circ和时间窗口{ \cal O}（10秒）。我们还表明，如果氦的太阳光致衰变几率为{ \cal O}（10^{-5.5}），那么寻找时空重合簇射的工作可能在现有的宇宙线设施（如皮埃尔俄歇天文台）的范围内。我们证明了对几个事例的实际观测可以用来约束核子的洛仑兹违反色散关系。
2018-02-01 astro-ph.HE hep-ph
Modeling the spectrum and composition of ultrahigh-energy cosmic rays with two populations of extragalactic sources
我们拟合了皮埃尔俄歇天文台在能量$E\gtrsim5\cdot10^{18}$ eV处的超高能宇宙射线（UHECR，$E\gtrsim0.1$ EeV）光谱和成分数据，即，使用两个天体物理学来源的群体。一个人口，加速质子为主（$^1$ H），延伸到最高观察到的能量，最大能量接近GZK截止和费米加速模型附近的注入光谱指数;而另一个人口加速轻到重核（$^4$ He，$^{14}$ N，$^{28}$ Si，$^{56}$ Fe）具有相对较低的刚性截止和硬注入光谱。当我们从一个人口模型到两个人口模型时，注意到组合拟合的显著改善。对于后者，我们限制在3.5 $σ$统计意义内的最高能量仓的最大允许质子分数。在单种群模型中，低光度的伽马射线暴与最佳拟合演化参数相匹配。在双粒子群模型中，活动星系核与质子源的最佳红移演化参数一致，而潮汐扰动事件可能是发射重核的原因。我们还计算了预期的宇宙成因中微子通量在这样一个混合源人口的情况下，并讨论了可能性，以检测这些中微子即将到来的探测器揭示的UHECR的来源。
2021-01-14 astro-ph.HE
Study of Galactic interactions and propagation properties of ultrahigh energy cosmic rays using the precision spectrum from the Pierre Auger Observatory
本研究针对经典dip模型无法解释AUGER超高能宇宙线能谱低能特征的问题，采用盘-晕扩散模型拟合精确能谱，得到星系内扩散系数幂律指数及数值范围，为星系内传播研究提供约束。
2024-04-15 astro-ph.HE
The Astrophysics of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
最高能量的宇宙射线的来源仍然是未知的。它们的来源的发现将揭示宇宙中最具活力的天体物理加速器的工作原理。目前的观测表明，光谱与河外天体物理源的起源一致。候选的来源范围从致密物体的诞生到与伽马射线暴或活动星系中的事件有关的爆炸。我们讨论了从宇宙学上遥远的源传播的主要影响，包括与宇宙背景辐射和磁场的相互作用。我们研究可能的加速机制，导致调查的候选人来源和他们的签名。新的问题来自于观测到的天空各向异性的暗示和成分指标的意外演变。未来的观测可能会达到必要的灵敏度，以实现带电粒子天文学和观测高能光子和中微子，这将进一步阐明宇宙在这些极端能量下的运作。除了促进对高能天体物理现象的新认识外，对高能宇宙射线的研究还可以限制银河系和河外磁场的结构以及探测粒子的相互作用，其能量比地球加速器所达到的能量高几个数量级。
2011-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultrahigh Energy Cosmic Ray Nuclei from Extragalactic Pulsars and the effect of their Galactic counterparts
在快速旋转的新生恒星中，高能核的加速可以解释观测到的高能宇宙射线的光谱，以及俄歇天文台报告的能量高于$10^{19}\,$ eV的重核趋势。脉冲星加速意味着由于脉冲星自旋下降导致的硬注入谱（$\sim E^{-1}$）和由于中子星自旋速率的限制导致的最大能量$E_{\rm max} \sim Z \, 10^{19}$ eV。我们以前已经表明，通过年轻的超新星遗迹逃逸软化了光谱，稍微降低了最大能量，并产生次级核。在这里，我们表明，脉冲星的出生周期的分布和传播的影响，在星际和星系间的媒体修改的组合频谱的所有脉冲星。通过假设脉冲星诞生周期的正态分布为中心在300毫秒，我们表明，河外脉冲星诞生的贡献的高能宇宙射线谱自然会引起非常高的能量宇宙射线（VHECR，之间的$10^{16}$和$10^{18}$ eV）的银河系脉冲星诞生的贡献。所需的注入成分，以适应观察到的光谱取决于绝对能量尺度，这是不确定的，不同的俄歇天文台和望远镜阵列。银河系脉冲星诞生的贡献也可以弥合超新星遗迹中宇宙射线加速预测与脚踝以下观测光谱之间的差距，这取决于逃离超新星遗迹的宇宙射线的成分和银河系中VHECR的扩散行为。
2013-02-18 astro-ph.HE
Ultrahigh energy cosmic rays and neutrinos from light nuclei composition
高能宇宙射线（UHECR）注入时的重子质量组成及其在传播过程中与宇宙光子背景的相互作用直接决定了地球上的UHECR通量。在这些相互作用中产生的次级中微子和光子是UHECR源的重要天体物理信使。皮埃尔俄歇天文台（PAO）获得的最新数据的建模表明，混合元素组成的UHECR与踝下光谱被解释为不同类别的源比超级踝区域（$> 10^{18.7}$ eV）。在这项工作中，我们得到了两种适合的UHECR谱-一个与一个单一的人口的来源，包括$^1$ H和$^2$他，在能量范围内开始在$\approx 10^{18}$ eV-另一个为代表性的原子核$^1$ H，$^4$他，$^{14}$ N和$^{28}$ Si在注入的混合组合物，其中一个适合是从以上$\approx 10^{18.7}$ eV。在这两种情况下，我们认为源发射率的演变是一个简单的幂律红移。我们测试的H+He组合物的可信度通过改变源属性在很宽的范围内的值和比较的结果，获得的H+He+N+Si组合物，使用蒙特卡罗模拟工具CRPropa 3。二次电子和光子的传播使用宇宙射线传输代码DINT。通过拟合UHECR谱，我们对源谱指数、源演化指数和源总体截止刚度进行了限制。在轻核注入模型下，宇宙成因中微子通量可以进一步限制丰度分数和最大源红移。
2019-04-24 astro-ph.HE
