Ultrahigh Energy Cosmic Rays: Review of the Current Situation
介绍了宇宙中能量最高的粒子--高能宇宙射线的数据现状。该领域的新结果来自美国犹他州的望远镜阵列实验。因此，我们集中讨论该实验的结果，并将其与最近的另外两个实验，高分辨率蝇眼和南方俄歇天文台的测量结果进行比较
2012-10-02 astro-ph.HE
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
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
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
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
Ultrahigh Energy Cosmic Rays and Black Hole Mergers
最近LIGO合作对引力波源GW 150914的探测激发了一种推测性的来源，即高能宇宙射线的起源可能是黑洞合并中获得的巨大能量的副产品，前提是黑洞具有似乎不可避免的自旋，并且存在残留的磁场和磁盘碎片，这些碎片来自黑洞的形成或其吸积历史。我们认为，考虑到每个事件每单位引力波能量释放所需的适度效率$< 0.01$，合并黑洞可能会提供一个加速宇宙射线以释放能量的环境。
2016-05-26 astro-ph.HE
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
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
Galactic origin of ultrahigh energy cosmic rays
利用雅库茨克、AGASA、俄歇等台阵资料，分析了高能广泛空气簇射（EAS）的到达方向。首次用AGASA和俄歇阵列资料构造了粒子分布的天球等暴露图。利用雅库茨克、AGASA和俄歇阵列的观测数据，在E> 4.1019eV处观测到了宇宙粒子的大尺度各向异性。讨论了宇宙粒子的起源问题。
2009-02-16 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
Ultrahigh Energy Cosmic Rays
本文综述了超高能宇宙射线（能量超过10 $^{18}$ eV的粒子）研究的最新结果。本文在简要介绍低能宇宙射线及其探测方法的基础上，介绍了最近的两个实验，即高分辨率蝇眼（HiRes）和南方俄歇天文台的实验。然后，我们集中在这两个实验的结果，宇宙射线的能量谱，这些宇宙射线的化学成分和对他们的来源的搜索。最后，我们简要分析了这些结果中的争议以及开发和建设中的项目，这些项目可以帮助解决这些颗粒的剩余问题。
2011-02-28 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
Search for microwave emission from ultrahigh energy cosmic rays
利用大气簇射实验的微波探测，对高能宇宙射线引起的大气簇射的微波辐射进行了探索。没有发现任何事件，排除了广泛的功率通量和推定排放的一致性，包括最近的实验室测量所建议的。
2012-10-01 astro-ph.HE
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Cosmic PeV Neutrinos and the Sources of Ultrahigh Energy Protons
冰立方实验最近探测到了第一个超过大气背景的高能中微子通量。我们研究这些中微子是否起源于与超高能宇宙射线相同的河外源。从关于光谱和味道的相当一般的假设出发，我们发现，通过π介子光生产生必要水平的中微子流，会导致质子流远低于宇宙射线数据的~10^18 eV，那里的组成是轻的，除非π/μ子在衰变前冷却。这表明有一类占主导地位的加速器允许宇宙射线逃逸，而没有显著的中微子产量。
2014-11-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
Testing Lorentz Invariance with Neutrinos from Ultrahigh Energy Cosmic Ray Interactions
我们以前已经表明，非常少量的洛伦兹不变性破坏（LIV），抑制光子相互作用的高能宇宙射线（UHECR）与宇宙背景辐射（CBR）光子，可以产生一个光谱的宇宙射线，这是一致的，目前观察到的皮埃尔俄歇天文台（PAO）和HiRes实验。在这里，我们计算了相应的通量的高能中微子产生的UHECR质子的传播通过的CBR中存在的LIV。我们发现，LIV产生的最高能量的中微子的通量和减少的中微子能流谱的峰值的能量的减少，这两个依赖于LIV的强度。因此，UHE中微子光谱的观测为最高能量下LIV的存在和数量提供了明确的测试。我们进一步讨论了当前和未来提出的探测器进行此类观测的能力。
2010-11-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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 from tidally-ignited white dwarfs
超高能宇宙射线（UHECR）可以被黑洞对恒星的潮汐扰动事件加速。我们提出了一种新的机制UHECR加速，其中白矮星（WD）潮汐压缩的中等质量黑洞（IMBHs），导致其点火和随后的爆炸作为超新星。被超新星加速的宇宙射线在穿过吸积动力喷流时可能会获得能量提升。WD和IMBH之间的相遇率可能相对较高，因为一旦考虑到它们可能存在于矮星系中，IMBH的数量可能会大幅增加。在这里，我们表明，这种潮汐破裂事件自然提供了一个中间组成的观察到的UHECR，并建议矮星系和球状星团的粒子加速到超高能量的合适的网站。
2017-11-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Ultrahigh-energy cosmic-ray signature in GRB 221009A
Swift-BAT和Fermi-GBM望远镜迄今为止探测到的最明亮的长伽马射线暴GRB~ 221009 A为了解极端瞬态现象中的高能过程提供了前所未有的机会。我们发现，传统的轻子模型，同步加速器和同步加速器自康普顿，从这个源的余辉发射有困难解释观测的$\gtrsim 10$ TeV $γ$射线，由LHAASO探测器，并扩展到18 TeV的能量。我们模型的$γ$射线谱估计的能量范围为0.1-1 GeV的费米-LAT探测器。我们的轻子模型预测的流量是严重衰减的$> 1$ TeV由于$γγ$对生产与河外背景光，因此需要一个额外的组件在$\gtrsim 10$ TeV。超高能宇宙射线在伽玛暴冲击波中被加速，其传播在河外介质中引起电磁级联。该通量的视线分量可以解释LHAASO检测到的$\gtrsim 10$ TeV的发射，需要超高能宇宙射线中GRB爆炸波能量的一小部分。这可能是伽玛暴中超高能宇宙射线加速的迹象。
2023-01-19 astro-ph.HE hep-ph
Ultrahigh-energy cosmic rays
超高能宇宙射线（UHECR）从宇宙中能量最高的天体物理加速器到达地球。它们与高层大气中的原子碰撞，能量比任何人造加速器高出10倍，并产生巨大的次级粒子级联，称为广泛的空气簇射（EAS）。通过在大面积上散布粒子探测器来记录次级粒子的相互作用，可以探测到大范围的空气簇射。皮埃尔·俄歇天文台的设计目的是利用地面阵列提供的信息，测量地面次级粒子的横向分布，以及荧光望远镜提供的信息，观测EAS电磁分量的纵向剖面，以调查UHECR的起源和性质，从而提供增强的重建能力。在这篇文章中，将回顾理解UHECRs物理的现状和前景，重点是由于皮埃尔俄歇天文台的测量所取得的进展。皮埃尔·俄歇天文台收集的超高能宇宙射线数据的物理结果开辟了新的视角，并促使天文台AugerPrime升级，其主要特点也被介绍。
2018-12-17 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Ultraheavy Ultrahigh-Energy Cosmic Rays
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究超重核作为超高能宇宙射线的传播特性，发现其能量损失长度显著长于质子和中间质量核，推测高能宇宙射线可能由超重超高能宇宙射线构成，并首次约束其来源贡献。
2026-05-09 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Ultrahigh-energy cosmic rays: Anomalies, QCD, and LHC data
在核子-核子厘米的大型强子对撞机上质子和核碰撞的测量。能量高达$\sqrt{s_{NN}}=$ 13 TeV，提高了我们对宇宙射线与地球大气中原子核碰撞中达到最高能量（高达$\sqrt{s_{NN}}\approx 450$ TeV）的强子相互作用的理解。蒙特卡罗事件发生器（EPOS，QGSJET和SIBYLL）通常用于描述超高能宇宙射线（UHECR，$E_{CR}\approx 10^{17}$- $10^{20}$ eV）产生的空气簇射，现在，在基于LHC Run-I数据的参数重新调整后，对测量光谱尾部的宇宙射线的性质进行了更一致的预测。然而，模型无法容纳的数据中仍然存在异常。除此之外，所有模型仍然大大低估（高估）了μ子的总数（以及它们的最大产生深度）。EPOS，QGSJET，和SIBYLL预测的最新的大型强子对撞机的数据，并对撞机MC发电机，如PYTHIA的比较表明，改善描述硬多个微型喷气生产和核效应可能有助于减少部分数据-模型的差异，揭示了UHECR组成接近所观察到的$E_{CR}\approx 10^{20}$ eV截止，并发现任何潜在的新物理负责所观察到的异常。
2019-03-15 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Energy Spectrum of Ultrahigh-Energy Cosmic Rays according to Data from Ground-Based Scintillation Detectors of the Yakutsk EAS Array
从1974年至2017年的连续观测期间，能量在$E_0 \ge 10^{17}$ eV区域的宇宙射线的能谱分析获得的结果。用于估计初级粒子能量的精炼表达式用于单个事件。这个表达式是来自计算，旨在确定地面和地下闪烁探测器的雅库茨克阵列研究广泛的空气簇射（EAS）的响应，并在QGSJET 01，QGSJET-II-04，SIBYLL-2.1，和EPOS-LHC模型采用CORSIKA代码包。$E_0$的新估计值大大低于先前使用的对应值。
2023-01-23 astro-ph.HE hep-ex
Propagation of ultrahigh energy nuclei in clusters of galaxies: resulting composition and secondary emissions
我们研究了注入星系团中的高能核的生存，以及它们的次级中微子和光子发射，使用一个完整的数值传播方法和一个现实的建模的磁，重子和光子背景。结果表明，重核的存活率与注入位置和磁场分布密切相关。考虑到中心源的寿命有限，在某些情况下还可能导致探测到宇宙射线余辉，与中微子和伽马射线发射在时间上不相关。我们计算了来自星系团的1PeV左右的扩散中微子通量可能有机会被现有的仪器探测到。对中微子和高能宇宙射线产生的伽马射线中的单个源的观测将更加困难。然而，来自较低能量宇宙射线（E < 1 PeV）的信号，如果存在的话，在合理的参数设置下，可能会被费米探测到。
2009-11-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
Very-High-Energy Gamma-Ray Signal from Nuclear Photodisintegration as a Probe of Extragalactic Sources of Ultrahigh-Energy Nuclei
识别超高能宇宙线（UHECR）源并探测其未知性质至关重要。皮埃尔俄歇天文台最近的结果支持UHECR的重核组成。根据重核在这些源中生存的要求，以伽马射线暴为例，我们预测了一个诊断伽玛射线信号，独特的核-去激发伽玛射线的光致蜕变后的排放。这些伽马射线，从MeV提升到TeV-PeV的能量，可以被VERITAS，HESS和MAGIC等伽马射线望远镜探测到，特别是下一代CTA和AGIS。它们是识别和研究单个UHE核加速器的有希望的信使。
2010-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutron-mirror neutron oscillations for solving the puzzles of ultrahigh-energy cosmic rays
基于新近提出的中子-镜像中子振荡的镜像物质模型（$n-n'$），解释了超高能宇宙射线（UHECRs）的相关问题。特别是，在新的镜像物质模型下，假设镜像与常温的温度比为$T'/T \sim 0.3$，可以很好地理解UHECR的Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止附近的现象。计算了宇宙微波背景不透明度对GZK效应的抑制因子，与观测值符合较好。大多数超级GZK事件（即，GZK截止值以上），正如新模型所预测的那样，来自电磁望远镜看不见的镜像物质源，可以在更远的距离穿透镜像宇宙微波背景。最值得注意的是，望远镜阵列（TA）合作观察到的热点中的超GZK和亚GZK事件之间的反相关可以在这个模型中自然理解。在新理论下，还讨论了来自TA热点的超高能ECR与附近强源如IceCube探测到的高能中微子、LIGO观测到的最大的黑洞合并（GW 170729）以及最热的恒星形成超星系团Lynx Arc之间的可能相关性.
2020-06-22 astro-ph.HE hep-ph
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
Identifying Ultrahigh-Energy Cosmic-Ray Accelerators with Future Ultrahigh-Energy Neutrino Detectors
超高能中微子源的探测将大大有助于解决数十年来最高能量宇宙射线起源之谜。我们研究了未来UHE中微子探测器识别最亮中微子点源的能力，通过探索观测事件总数的参数空间和探测器的角分辨率。对于给定的源数密度和演化历史，有利的参数区域可以转化为对未来探测器的有效面积、天空覆盖和角分辨率的要求。此外，通过研究典型的距离源，预计发射一个以上的事件，对于一个给定的扩散中微子通量，我们发现，一个显着的比例可识别的UHE中微子源可能位于附近的宇宙，如果源数密度是$\sim10^{-6}\,\rm Mpc^{-3}$以上。如果像blazar场景中预测的那样，源足够强大和罕见，它们首先可以在遥远的位置被检测到。我们的研究结果还表明，如果UHE宇宙射线加速器既不是光束也不是瞬态的，那么将有可能将检测到的UHE中微子源与附近的UHE宇宙射线和伽马射线源相关联，并且它们也可以使用其他信使来观察，包括具有有限视野的信使，如TeV伽马射线，UHE伽马射线和宇宙射线。我们发现，对于均匀密度的UHE中微子源的$\gtrsim5σ$探测，$n_s\sim{10}^{-7}-{10}^{-5}~{\rm Mpc}^{-3}$至少需要$\sim100-1000$事件和亚度角分辨率，并且探测结果依赖于源的演化模型.
2016-11-21 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
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
Probing QCD approach to thermal equilibrium with ultrahigh energy cosmic rays
皮埃尔·俄歇合作组织（Pierre Auger Collaboration）报告说，μ子的数量比预期的多出百分之几十，这是通过调整强子相互作用模型以适应大型强子对撞机数据而计算出来的。最近，我们提出了一个解释的μ介子过剩假设形成的退禁闭夸克物质（火球）状态的超相对论宇宙射线与空气核的中心碰撞。在其演化的第一阶段，火球包含胶子以及$u$和$d$夸克。非常高的重子化学势抑制胶子分裂成$u \bar u$和$d \bar d$，因此它们主要分裂成$s \bar s$对。在随后的强子化中，这导致了π介子和光子的强烈抑制，但允许重强子被发射出去，带走奇异性。以这种方式，强子与光子含量的极端不平衡提供了一种提高空气簇射的μ子含量的方法。在这篇文章中，我们研究了强子相互作用模型的理论系统学，该模型用于描述火球爆炸中产生的次级粒子的级联。我们研究的领导LHC调谐模型QGSJET II-04的俄歇分析中考虑的预测之一。
2018-11-19 astro-ph.HE hep-ph
Nuclear and electromagnetic cascades induced by ultrahigh-energy cosmic rays in radio galaxies: implications for Centaurus A
本文开发了自洽耦合核级联与电磁级联的UHECR输运数值程序，以半人马座A为对象定量研究其大型喷流中UHECR原子核与光子场作用产生的VHE γ射线信号，证明中等质量核主导时地面望远镜有望探测到该信号。
2023-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
