Bayesian Inference Constraints on Astrophysical Production of Ultra-high Energy Cosmic Rays and Cosmogenic Neutrino Flux Predictions
能量为$\gg10^{15}$ eV的地外中微子流有可能作为高能宇宙的宇宙学探测器以及基本粒子相互作用的测试。宇宙成因中微子是由超高能宇宙射线（UHECR）与宇宙光子背景相互作用产生的，被认为是一种有保证的通量。然而，预期的中微子通量取决于最高能量的UHECR的组成;与较轻的核和质子相比，较重的核导致较低的中微子通量。本研究的目的是估计宇宙成因中微子光谱的范围与最近的宇宙射线光谱和成分数据使用一个完全推断贝叶斯方法相一致。这项研究假设了一系列与天体物理源、宇宙射线的通量和成分以及探测器系统不确定性相一致的源分布。应用于这项研究的技术是使用仿射不变的马尔可夫链蒙特卡罗，这是一个有效的贝叶斯推断工具，用于表征多维参数空间及其相关性。
2018-05-03 astro-ph.HE
Astrophysics: Most distant cosmic blast seen
迄今为止观测到的最遥远的射线爆发是宇宙历史上观测到的最早的天体。这个古老的灯塔提供了鲜为人知的宇宙黑暗时代的一瞥。
2009-11-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
The TeV Diffuse Cosmic Neutrino Spectrum and the Nature of Astrophysical Neutrino Sources
宇宙中微子的扩散通量已经被冰立方天文台从TeV到PeV能量测量。我们表明，在较低的能量，TeV和子TeV，这种通量的改进表征揭示了重要的信息的性质的天体物理中微子源的模型无关的方式。最重要的是，它可以证实目前的迹象表明，中微子起源于宇宙环境，光学厚度为GeV-TeV $γ$射线。如果在TeV区域观察到更陡甚至不间断的中微子幂律，这一结论将成为必然。在这样的$γ$射线遮蔽源中，不可避免地伴随着宇宙中微子的$γ$射线将级联下降到MeV-GeV的能量。伴随宇宙中微子的级联$γ$射线通量不应超过观测到的扩散$γ$射线背景，这一要求限制了源中辐射场的峰值能量和密度。我们的计算灵感来自于现有的数据表明，一小部分的观测到的扩散MeV-GeV的$γ$ -射线背景可能是由中微子源与强辐射场，掩盖了高能$γ$ -射线发射伴随中微子。
2022-05-07 astro-ph.HE
Particle Acceleration in Cosmic Sites - Astrophysics Issues in our Understanding of Cosmic Rays
探索等离子体条件和受激粒子加速的实验室实验可以阐明宇宙粒子加速过程的各个方面。在这里，我们讨论宇宙射线候选源对象的品种，以及已经了解到的粒子加速特性。我们确定了天体物理学家之间讨论的未决问题。--宇宙线微分强度谱是一个相当平滑的幂律谱，在“膝盖”（~10^15 eV）和“脚踝”（~3 10^18 eV）处有两个扭结。目前还不清楚这些扭结是否与不同主导源之间的边界有关，或者更确切地说与宇宙射线传播的特征有关。我们相信，在10^17电子伏特甚至更高的能量范围内，银河系的辐射源占主导地位，而在10^15--10^18电子伏特的范围内，最高能量的宇宙射线的河外辐射源与银河系的辐射源相当平滑地融合在一起。脉冲星和超新星遗迹是产生银河宇宙射线的主要候选者，而活动星系的核被认为是产生河外起源的超高能宇宙射线的最佳候选者。加速过程与高能源（如超新星爆炸或物质吸积到黑洞上）猛烈喷射物质所产生的冲击有关。这种加速的细节是困难的，因为相对论性粒子改变了激波的结构，简单的近似或微扰计算是不能令人满意的。这就是实验室等离子体实验的贡献，启发在这种条件下发生的非线性过程。
2009-06-10 astro-ph.HE
Modeling Hadronic Interactions in Ultra-High-Energy Cosmic Rays within Astrophysical Environments: A Parametric Approach
本文提出一种参数化方法，用于复现EPOS-LHC和Sibyll2.3d两种强子相互作用模型在超高能宇宙线源环境中的次级粒子通量，并通过与源代码对比验证其可靠性，可作为分析或快速蒙特卡洛模拟的替代方案。
2024-10-20 astro-ph.HE
IceCube and Searches for Astrophysical Sources
了解宇宙加速机制，如黑洞中喷流的形成、恒星坍缩或双星合并，以及宇宙中加速粒子的传播，仍是一项“正在进行的工作”，需要采取多信使办法，利用所有可能探测器的互补性：超高能宇宙射线、伽马射线和中微子。在这份报告中，我将总结一些冰立方的结果，涉及天体物理中微子点源和扩散通量的人口广泛分布在天空中的源，或从质子的相互作用在宇宙微波背景产生的GZK截止的宇宙射线谱搜索。我将把结果与其他中微子望远镜和中微子产生源的天体物理模型进行比较。另一个悬而未决的问题是关于暗物质的性质。间接搜索有机会通过观测次级光子、中微子或正电子和反质子等反粒子来观察它在宇宙中的位置。通过增加更紧凑的弦，DeepCore，可以大大增强在IceCube中从WIMP湮灭中寻找中微子的潜力。
2010-12-04 astro-ph.HE
Astrophysical origins of TeV features in the cosmic-ray lepton spectrum
School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）
本研究在统一传播框架下，结合GALPROP模型与格林函数方法，探讨邻近脉冲星等天体物理源对宇宙射线轻子能谱TeV结构的贡献，为区分其与暗物质等奇特解释提供诊断依据。
2026-08-11 astro-ph.HE
CR-ENTREES -- Cosmic-Ray ENergy TRansport in timE-Evolving astrophysical Settings
本文提出代码 CR-ENTREES，在时变天体物理环境中求解宇宙射线及相关粒子能量传输的耦合动力学方程，准确处理相互作用与非线性反馈，并展示了其在 AGN 喷流非热辐射演化中的应用。
2023-09-08 astro-ph.HE
IceCube astrophysical neutrinos without a spectral cutoff and (10^15-10^17) eV cosmic gamma radiation
我们提出了一系列完整的幂律拟合的天体物理中微子光谱与最近公布的冰立方数据在68%的置信水平。假设中微子起源于π介子的衰变，我们估计伴随的γ射线通量的各种分布的源，考虑传播效应。然后，我们简要地讨论了现有的实验结果约束PeV EeV扩散伽马射线通量和系统的不确定性。考虑到测量的大系统误差，几种情况与KASKADE和CASA-MIA的上限（10^15-10^16）eV以及EAS-MSU的试验性探测（~10^17 eV）勉强一致。未来在低于目前上限的亚PeV至亚EeV能量下对弥散伽马射线背景的搜索将为区分冰立方事件起源的银河系和河外模型提供重要的诊断工具。
2014-10-12 astro-ph.HE
Cosmic-ray propagation with DRAGON2: I. numerical solver and astrophysical ingredients
我们提出了第2版的DRAGON代码设计用于计算现实的预测银河系中的CR密度。该代码数值求解星际CR传输方程（包括非均匀和各向异性扩散，无论是在空间和动量，平流传输和能量损失），在现实条件下。新版本包括一个更新的数值求解器和几个模型的天体物理成分参与运输方程。数值解的准确性的改进证明对解析解和参考扩散的情况下。在代码中实现的新功能允许模拟不同的情况下，提出再现本地和弥漫CR通量的最新测量，超越了均匀的银河系运输范例的限制。为此，几个应用程序使用DRAGON 2以及。新版本方便用户通过模块化C++结构包括自己的物理模型。
2017-03-27 astro-ph.HE
Astrophysical Uncertainties in the Cosmic Ray Electron and Positron Spectrum From Annihilating Dark Matter
近年来，为了研究GeV到TeV能量的宇宙射线，进行了许多实验。从间接暗物质探测的角度来看，这是一个特别有趣的机制。然而，要从宇宙射线测量中得出关于暗物质的可靠结论，首先必须了解宇宙射线通过银河系磁场和辐射场的传播。在本文中，我们约束的宇宙线传播模型的特点，通过比较与观测输入，包括最近的数据从CREAM实验，并使用这些约束条件来估计相应的不确定性的宇宙线电子和正电子的光谱中的暗物质粒子湮灭在银河系的晕。
2009-04-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Neutrino Astrophysics and Galactic Cosmic Ray Anisotropy in IceCube
冰立方天文台是一个正在南极建造的立方体中微子望远镜，计划于2011年初完工。完成后，它将由5，160个数字光学模块（DOM）组成，用于探测中微子相互作用和宇宙射线引发的大气簇射产生的带电粒子的切伦科夫辐射。IceCube的建设目前已完成90%。这里展示了最新的科学成果。还将介绍和讨论银河系宇宙射线到达方向各向异性的测量。
2010-09-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Testing astrophysical models for the PAMELA positron excess with cosmic ray nuclei
PAMELA合作组报告的正电子分数过剩被解释为银河系中暗物质的湮灭或衰变。更通俗地说，它被归因于附近的强子直接产生正电子，或者是由于附近的强子宇宙射线随机加速时产生的π介子。我们指出，测量宇宙射线散射产生的次级核可以区分这些可能性。来自ATIC-2实验的关于钛-铁比的新数据支持了上述强子源模型，并能够预测能量超过100 GeV的硼-碳比。目前，所有的宇宙射线数据都与正电子过剩的天体物理起源相一致。
2009-07-30 astro-ph.HE hep-ph
Efficient Modeling of Heavy Cosmic Rays Propagation in Evolving Astrophysical Environments
本文提出可模拟重宇宙射线核、次级粒子与光子靶场非线性时间演化的能量输运代码，以精确预测源内化学成分及中微子发射，并优化IceCube数据分析。
2023-08-18 astro-ph.HE
Connecting blazars with ultra high energy cosmic rays and astrophysical neutrinos
我们提出了一个强有力的暗示，高能$γ$射线发射耀变体，非常高的能量中微子和超高能宇宙射线之间的联系。我们首先通过过滤现有目录中与IceCube探测到的高能中微子在空间上重合的$γ$射线发射体来识别潜在的强子源。然后，通过在源和宇宙射线之间扫描$γ$射线通量（$F_γ$）和角间距（$θ$），将中微子过滤的$γ$射线发射体与来自皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列的超高能宇宙射线关联。在$θ\leq10^{\circ}$发现了最多80条宇宙射线（预期42.5条）的过剩，这些宇宙射线来自于从第二硬{ \it Fermi}-LAT目录（2FHL）和$F_γ\left(>50\:\mathrm{GeV}\right)\geq1.8\times10^{-11}\:\mathrm{ph}\,\mathrm{cm}^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}$中选出的中微子过滤的$γ$射线发射体。发生这种情况的概率为$2.4 \times 10^{-5}$，在所有考虑的试验补偿后转换为$\sim 2.4 \times 10^{-3}$。相反，在$γ$射线发射体的补充样本中没有观察到过量的宇宙射线（即与冰立方中微子没有空间联系）。对中微子过滤源和补充源样品与宇宙射线之间的联系进行比较的似然比检验有利于中微子过滤发射体与宇宙射线之间的联系，其概率为$\sim1.8\times10^{-3}$（在对所有考虑的试…
2017-02-27 astro-ph.HE
Acceleration and propagation of ultra high energy cosmic rays
我们回顾了最高能量宇宙射线的物理学。对它们的来源的发现，仍然是未知的，将揭示宇宙中最具活力的天体，并可能揭示粒子物理学标准模型之外的新物理学。我们讨论了这些高能粒子的传播细节，它们与天体物理光子背景和星系际磁场的相互作用，以及与它们的运输相关的次级宇宙成因粒子的产生。我们研究了不同的加速模型，回顾了可以激发宇宙射线直到最高能量的主要天体物理对象。考虑到所观察到的质量组成的不确定性，我们审查了两种替代方案的组成仅由质子或质子和较重的原子核，讨论了两种方案的来源，加速机制和生产的二次宇宙成因的伽马射线和中微子方面的后果。
2017-07-25 astro-ph.HE
Thomas K. Gaisser, a Pioneer of Particle Astrophysics
本文介绍粒子天体物理学先驱Thomas K. Gaisser的学术贡献，涵盖天然中微子研究、伽马天文学等多方向，其构建的研究框架推动了领域发展。
2024-03-13 astro-ph.HE hep-ex
Astrophysics with radioactive isotopes
放射性是在寻找具有合适化学性质的元素时发现的副产品。理解它的特性导致了核物理学的发展，理解了核子的不稳定构型通过放射性衰变转化为稳定的最终产物。在宇宙中，核反应在具有宇宙核合成场所特征的高能环境下产生新的原子核，例如恒星的核心和超新星爆炸。观测不稳定核的放射性衰变，这是宇宙核合成的副产品，是天文学的一个特殊学科。理解这些特殊的宇宙场所，它们的环境，它们的动力学，以及它们的物理过程，是构成本书主题的“具有放射性的天体物理学”。我们解决的历史，核合成的候选网站，不同的观测机会，和天体物理学这一领域的工具。
2018-11-26 astro-ph.HE
Cosmic-ray acceleration at collisionless astrophysical shocks using Monte-Carlo simulations
上下文扩散激波加速机制已被广泛接受为银河系宇宙射线的加速机制。虽然自洽混合模拟已经显示了如何产生幂律谱，但关于扩散粒子运动和湍流电磁场相互作用的详细信息仍然难以捉摸。目的。在实验粒子理论的框架下，通过检验所获得的宇宙线能谱，研究了扩散激波加速效应。由此产生的能量谱可以通过这种方式从粒子运动中获得，并且根据规定的湍流模型，可以研究通过等离子体波的随机加速的影响。方法.数值蒙特卡罗模拟代码扩展到包括无碰撞激波。这使得人们可以追踪测试粒子在加速时的轨迹。此外，扩散系数可以直接从粒子运动中获得，这使得可以详细了解加速过程。结果$E^{-2}$能谱的经典结果仅在平行激波时重现，而在所有其他情况下，能谱指数根据激波的对称性而减小。定性地说，这可以用平行和垂直于激波阵面方向上的扩散系数来解释。
2015-06-03 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
Neutrino telescopes and high-energy cosmic neutrinos
在这篇评论文章中，我们提出了高能宇宙中微子天体物理学的主要方面。我们首先描述宇宙中微子的一般预期，包括从它们的源到探测器的传播的影响。然后，我们介绍了目前中微子望远镜的工作原理，并检查的主要特征（拓扑结构）的可观测事件。在讨论了地球大气中伴随着宇宙射线产生的次级粒子的主要背景过程后，总结了IceCube探测器对天体物理相关观测的贡献。然后，我们研究了这些发现的各种解释，试图评估宇宙中微子的最佳候选来源。最后，我们简要介绍了该领域在几年内的发展情况。
2020-09-03 astro-ph.HE
Contribution of Secondary Neutrinos from Line-of-sight Cosmic Ray Interactions to the IceCube Diffuse Astrophysical Flux
在十年的观测中，IceCube中微子天文台揭示了中微子天空与先前对中微子点源排放的预期存在紧张关系。与强子过程相关的天体可能是中微子的产生场所，在地球上被观测为点源。相反，一个几乎各向同性的天体物理中微子流量被观察到PeV的能量，促使重新评估假设的运输和生产物理。这项工作适用于中微子生产的活动星系核（AGN）和星暴星系的人口三年的公共IceCube点源数据的新的物理解释。具体来说，这些来源产生的宇宙射线（CR）可能会与银河系外的背景光和视线上的气体相互作用，产生次级中微子流。这个模型一起测试了一些典型的通量加权方案，在所有情况下，所有天空通量的贡献被限制到百分比水平的报告冰立方扩散天体物理通量。
2021-06-23 astro-ph.HE hep-ph
High-Energy Astrophysical Neutrinos from Cosmic Strings
本文研究了宇宙弦环群体发射中微子的观测能谱，考虑了直接发射和通过标量粒子衰变间接发射两种模型，发现其能谱与 IceCube 观测的高能天体物理中微子能谱不匹配，最大贡献仅约 45%，但可能在能谱中产生凸起，并给出了各模型的可行参数空间。
2022-06-13 astro-ph.HE hep-ph
Multi-Messenger Astrophysics with IceCube
立方千米的冰立方中微子望远镜目前在南极以接近完整的配置运行，对银河系和银河系外宇宙射线加速器以前所未有的灵敏度观察中微子天空。在多信使框架内，冰立方提供了独特的能力，将中微子天空与伽马射线天空和超高能宇宙射线相关联和对比，并补充了其他间接和直接的暗物质搜索计划。我们在这里回顾的实验和最近选定的结果的状态。在讨论了观测的影响之后，将展望未来的发展，大幅度扩大观测站在极高能量、在GZK区域和在低能量的范围，提高探测南部天空中暗物质和宇宙射线源的能力。
2011-01-06 astro-ph.HE
Physics and astrophysics of ultra-high energy cosmic rays: recent results from the Pierre Auger Observatory
超高能宇宙射线（UHECR）是宇宙中能量最高的信使，能量高达$10^{20}$ eV。对天体物理粒子（原子核、电子、中微子和光子）在其最高观测能量下的研究对基础物理学和天体物理学都有影响。初级粒子在大气（或地球）中相互作用，产生广泛的空气簇射。对这些簇射的分析不仅使人们能够估计初级宇宙粒子的能量、方向和最可能的质量，而且还能够获得关于它们的强子相互作用的性质的信息，其能量比目前最高能量的人造加速器高出一个数量级以上。位于阿根廷门多萨省的皮埃尔·俄歇天文台是有史以来最大的宇宙射线实验站。该观测站被设计成一个混合探测器，覆盖面积为3000公里$^2$，已收集数据近20年。本文介绍了宇宙线能谱研究、强子物理研究、方向各向异性研究和质量组成研究（包括光子和中微子研究）的最新成果。最后，介绍了观测站目前的升级（“AugerPrime”），其主要目的是提高对超高能宇宙射线的粒子类型和质量的灵敏度。
2020-12-23 astro-ph.HE hep-ex
The IceCube Pie Chart: Relative Source Contributions to the Cosmic Neutrino Flux
来自冰立方的中微子事件最近与多个天体物理来源有关。有趣的是，这些可能的探测代表了三种不同的天体物理源类型：活动星系核（AGN），耀变体和潮汐破裂事件（TDE）。在这里，我们计算的预期贡献的活动星系核，耀变体和TDE的整体宇宙中微子流量检测IceCube的相关事件的基础上，IceCube的灵敏度，和源类型的天体物理性质。我们发现，尽管是最常见的来源，耀变体不能贡献超过11%的总流量（90%的可信水平），与现有的限制堆叠搜索一致。另一方面，我们发现无论是活动星系核或TDE可以贡献超过50%的总流量（90%的可信水平），虽然堆叠搜索进一步限制了TDE的贡献$\lesssim 30%$。我们还发现，到目前为止未知的源类型贡献至少10%的总宇宙流量的概率为80%。我们组装了一个饼图，显示了每种源类型对冰立方的总中微子通量的最有可能的分数贡献。
2022-01-28 astro-ph.HE
Astrophysics: Extreme emission seen from $γ$-ray bursts
宇宙爆炸称为$γ$射线爆发是宇宙中能量最高的爆发事件。对两个$γ$射线爆发的极高能量发射的观测为研究这些巨大的爆炸提供了一种新的方法。
2019-11-22 astro-ph.HE
Nuclear astrophysics
Max Planck Institut für extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Technical University (TUM)（慕尼黑工业大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
本文探讨了核天体物理中核反应在宇宙环境中的测量与理论挑战，通过实验和观测工具揭示宇宙核过程的复杂性。
2026-01-28 astro-ph.HE
Recent results from VHE gamma astrophysics related to fundamental physics and cosmic rays
高能光子是天体物理学和极端条件下基础物理学的强有力探测器。近年来，我们对宇宙中最剧烈现象的了解取得了令人印象深刻的进展，这要归功于新的甚高能伽马射线（100 GeV以上）探测器的出现。地面探测器，如切伦科夫望远镜（H.E.S.S.，MAGIC和VERITAS）最近发现了80多个新的来源。这次演讲回顾了VHE伽马天体物理学的现状，重点是最近的结果和实验发展，并着眼于未来。强调了对基础物理学和宇宙射线物理学的影响。
2011-04-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
Astrophysical Sources of High Energy Neutrinos in the IceCube Era
高能中微子天体物理学已经成熟，冰立方发现了能量范围在TeV到PeV的中微子，这些中微子可归因于宇宙学距离上的河外源。在这样的能量下，天体物理学中微子必须起源于宇宙射线相互作用，提供关于高能宇宙射线来源的信息，以及导致高能伽马射线的共同产生。与后两种独立观测到的辐射类型的密切联系为寻找和理解其天体物理来源的性质提供了重要工具。这些中微子可以为宇宙射线加速过程提供重要的约束，而且由于它们基本上不受阻碍地旅行，它们可以探测我们的宇宙到最远的宇宙学距离。
2017-08-11 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic ray neutrons in magnetized astrophysical structures
本研究指出，宇宙射线中子由高能强子作用产生，在超高能下衰变时间膨胀，可直线穿越磁结构，从而破坏限制，改变星系等结构间磁界面的超高能粒子交换。
2025-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma-ray and Cosmic Ray Astrophysics from 10 TeV to 1 EeV with the large-area ($>$10 km$^2$) air-shower Detector SCORE
我们建议探索到目前为止测量不良的宇宙射线和伽马射线天空（加速器天空）的能量范围从10 TeV到1 EeV。新的物理学问题可能会在伽马射线天文学最后剩下的观测窗口中得到解决。宇宙加速器和空气簇射探测技术提供的非常高的束流能量自然意味着天体粒子物理学和粒子物理学的基本问题之间的纠缠。新的大面积（10公里$^2$）广角（1 sr）空气切伦科夫探测器SCORE（宇宙起源探测器研究）是基于非成像切伦科夫光前采样与1米$^2$的顺序敏感的大面积探测器模块。横向光子密度和到达时间分布将被采样到距离簇射核心很远的地方。物理动机，探测器的概念和第一次模拟结果将被提交。
2009-09-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Astrophysics Uniquely Enabled by Observations of High-Energy Cosmic Neutrinos
高能宇宙中微子携带着关于宇宙中最具能量的非热源的独特信息。本白皮书描述了中微子天文学在未来十年中可以解决的突出天体物理学问题。另一份白皮书讨论了宇宙中微子的观测如何解决基础物理学中的未决问题。对中微子扩散通量的详细测量，对点源中微子的测量，以及对中微子的多信使观测，将使我们能够发现和表征宇宙中能量最大的源。
2019-07-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier: Synergies between dark matter searches and multiwavelength/multimessenger astrophysics
本白皮书重点介绍在暗物质搜索中遇到的天体物理系统学。通常在间接和直接的暗物质搜寻中，天体物理系统学是对暗物质敏感性的主要限制因素。正如暗物质搜索有多种形式一样，背景也有多种形式。我们试图涵盖在暗物质搜索中产生的主要系统学，使用光子-无线电和伽马射线-宇宙射线，中微子和引力波。例子包括宇宙信使的天体物理来源及其相互作用，可以模仿暗物质的签名。反过来，这又取决于在理解宇宙环境-气体分布、磁场配置-以及相关的核天体物理学方面的相应研究。我们也涵盖了天体物理学的管理天体和星系用于探测暗物质，从黑洞到矮星系。最后，我们涵盖了天体物理学的背景探测的暗物质的分布和运动学，影响了广泛的暗物质的研究。在未来，多信使天文学的兴起，以及将其用于暗物质的新分析方法，将提供各种战略方法来继续增强我们对天体物理背景的理解，以提高对暗物质的敏感性。
2022-03-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Pushing the Energy and Cosmic Frontiers with High-Energy Astrophysical Neutrinos
最近由IceCube中微子望远镜发现的天体物理中微子具有最高的中微子能量--从TeV到PeV --并且旅行距离最长--高达几个Gpc，可观测宇宙的大小。这些特征使它们成为自然吸引人的基本粒子物理性质的探针，可能尺寸很小，在任何其他手段无法达到的能量尺度上。在发现冰立方之前的几十年里，人们看到了许多粒子物理学研究在这个方向上的建议。今天，这些建议已经成为现实，尽管普遍存在天体物理学的未知数。我们展示了在这些尺度上研究基本中微子物理的例子，包括一些超越标准模型的最严格的物理测试。
2019-06-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic rays of leptons from Pulsars and Supernova Remnants
PAMELA和FERMI实验的最新结果证实了改进银河系电子和正电子产生和传播理论模型的必要性。对于在能量大于10 GeV时观察到的正电子过剩，以及在电子和正电子的总通量中大约1 TeV的一些特征，有许多可能的解释。超新星是有可能解释这些观测结果的天体物理学对象。本文对轻子宇宙射线的天体物理来源进行了新的研究，并对这些异常现象的天体物理来源进行了可能和可能的解释。
2010-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
Propagation of H and He cosmic ray isotopes in the Galaxy: astrophysical and nuclear uncertainties
对宇宙射线中的轻同位素的观测提供了关于宇宙射线在银河系中的起源和传播的宝贵信息。利用AMS-01实验在~0.2-1.5 GeV/核子范围内收集的数据，我们将1H，2 H，3 He和4 He的测量与星际传播和太阳调制的计算进行了比较。这些数据很好地描述了一个扩散再加速模型与参数相匹配的B/C比数据，表明他和较重的核，如C-N-O经历类似的传播历史。密切的比较内提供的B/C比数据的天体物理学的限制，并在生产截面数据中的错误所产生的核不确定性。预计AMS-02即将提供的数据将大大减少天体物理学的不确定性，因此核不确定性可能是对模型预测可靠性的最严重限制。另一方面，我们发现，次级到次级比，如2 H/3 He，6Li/7 Li或10 B/11B几乎不敏感的关键传播参数，可以代表一个有用的诊断测试的计算的一致性。
2012-10-27 astro-ph.HE hep-ph
Nuclear Physics Meets the Sources of the Ultra-High Energy Cosmic Rays
确定天体物理源内宇宙射线核的注入成分，除了控制天体物理学的不确定性外，还需要对源物理和传播进行足够准确的描述。因此，我们研究宇宙射线天体物理学的核数据和模型的影响，其中涉及到在天体物理环境中的原子核的光致衰变到铁。我们表明，核模型的不确定性的影响可能是更大的环境中的非热辐射场比在宇宙微波背景。我们还研究了核级联的核模型的影响，在伽马射线暴辐射场，模拟的复杂程度相比，最精确的宇宙射线传播代码。我们的结论与同位素图描述的信息是必要的，原则上描述宇宙射线源和传播的核相互作用。
2017-07-18 astro-ph.HE hep-ph nucl-ex
Probing the environments surrounding ultrahigh energy cosmic ray accelerators and their implications for astrophysical neutrinos
我们探索的超高能宇宙射线（UHECR）源环境的推断-限制的频谱和组成的UHECR和极高能量中微子的非观测-和它们的影响所观察到的高能天体物理中微子谱。我们发现加速机制产生幂律CR谱~ $\propto E^{-2}$是兼容的UHECR数据，如果CR在高刚度是在准弹道扩散制度，因为他们逃离他们的源环境。以气体为主和以光子为主的源环境都能够解释UHECR观测结果，但以光子为主的源给出了更好的拟合。此外，以气体为主的源与当前的中微子约束处于紧张状态。精确测量$\sim 10$ PeV的中微子通量将提供有关以气体为主的源的可行性以及扩散激波加速是否与UHECR观测一致的关键信息。我们还表明，UHECR源是能够给一个很好的适合的天体物理中微子光谱的高能量部分，以上$\sim$ PeV。如果用Sibyll2.3c强子相互作用模型解释空气簇射数据，那么UHECR和高能天体物理中微子的共同起源是自然的，Sibyll2.3c强子相互作用模型在参数空间的同一部分给出了UHECR和天体物理中微子的最佳拟合，但不是EPOS-LHC。
2021-12-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Modelling cosmic-ray transport: magnetised versus unmagnetised motion in astrophysical magnetic turbulence
研究通过模拟揭示宇宙射线在磁化与非磁化运动中的不同传输机制，提出有效随机过程模型以解释其扩散行为。
2025-12-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Astrophysics of Galactic charged cosmic rays
本文综述了银河系宇宙射线带电成分的主要性质。银河系宇宙射线是在地球上探测到的能量范围从几十兆电子伏到大约10^19电子伏的粒子。在对这个主题作了简短的介绍和历史的概述之后，讨论了宇宙射线在不同能量范围内的性质。本文从理论上讨论了星系核的起源和传播。讨论了超新星遗迹加速原子核及其随后通过星系磁场的不均匀性扩散的机制，并给出了一些关于反物质通量的预测和观测的线索，这些反物质通量来自天体物理来源和星系晕中的暗物质湮灭。本文叙述了在地球上探测宇宙射线的实验技术和仪器。通过气球或卫星上的实验，直接方法在10 ^14 eV以下是可行的，而在该能量以上，由于它们的通量非常低，宇宙射线只能通过利用它们在大气中产生的粒子级联来间接研究。对银河系宇宙射线能谱中观察到的特殊特征，特别是在约4 × 10^15 eV处的所谓“膝”，进行了可能的物理解释讨论。其中一节专门讨论了大约10^18和10^19 eV之间的区域，据信该区域是银河系和河外宇宙射线之间的过渡区。最后给出了对宇宙线天体物理研究的展望。由于大量不同的实验，这一研究领域正处于一个非常繁荣的时代。该活动从理论和仪器方面都令人兴奋，其与天文学，天体物理学和粒子物理学的相互联系经历了不断的增长。
2011-10-13 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ex
Cosmic Neutrino Pevatrons: A Brand New Pathway to Astronomy, Astrophysics, and Particle Physics
冰立方合作组织宣布观测到28个宇宙中微子候选者，这一消息引起了人们的极大兴奋。到目前为止，报告的数据与预期的大气中微子背景相差4.3σ，这提出了一个明显的问题：“这些中微子来自宇宙的哪里？“我们回顾了文献中探索的许多可能性来解决这个问题，包括银河系或河外天体的起源。为了完整起见，我们还简要讨论了新的物理过程，这些过程可以解释冰立方数据，也可以受到冰立方数据的约束。
2014-01-31 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Astrophysical models for the origin of the positron "excess"
在过去的三年里，几个卫星和气球观测站已经提出了宇宙射线轻子谱中有趣的特征。最值得注意的是，PAMELA卫星提出了宇宙射线正电子部分能量的“异常”上升。在这篇文章中，我们总结了从数据中出现的全球图景，并概括了所提出的不同类型解释的主要特征。还讨论了测试不同场景以及从当前/不久的将来的实验推断一些天体物理诊断的观点。
2012-06-06 astro-ph.HE hep-ph
Revisiting GeV-scale annihilating dark matter with the AMS-02 positron fraction
反物质宇宙射线被用来探测物理学中的新现象，包括暗物质湮灭。我们使用阿尔法磁谱仪的宇宙射线正电子分数谱，在银河系中寻找这样的湮灭信号。我们专注于质量在5到120 GeV之间的暗物质，产生高能电子和正电子。在这些宇宙射线能量中，多个天体物理源和现象的相互作用使得这种搜索对潜在的天体物理背景假设高度敏感。我们使用一个巨大的公共图书馆的宇宙射线正电子分数背景的天体物理模型，推导出强大的上限暗物质的湮灭截面的湮灭通道的数量。这个库解释了不同类型的宇宙射线源及其在空间和时间分布上的不确定性。此外，它还解释了这些源的输出的不确定性，它们注入星际介质宇宙射线光谱和宇宙射线传播的不确定性。对于任何给定的暗物质粒子质量和湮灭通道，湮灭截面的上限由其值延伸一个完整数量级的带给出。与早期的结果相比，我们的工作提供了较弱的限制，但对所有相关的天体物理不确定性都很强大。在5和15 GeV之间，我们发现了宇宙射线电子和正电子可能过剩通量的迹象。这种过剩存在于大多数但不是所有的天体物理背景参数空间中，其意义可能会有明显的变化。为了增进对这些低能量宇宙射线的了解，有必要进行更深入的研究。最后，我们注意到，即使在这些能量中发现了多余的信号，当前的背景不确定性也不允许我们准确地推断出其潜在的粒子性质。
2022-10-10 astro-ph.HE hep-ph
Effects of the Cosmic Neutrino Background Capture on Astrophysical Objects
本文提出中子星和行星可俘获宇宙中微子背景中的低能中微子并释放MeV电子，且中子星温度随红移的演化可作为未来引力波天文台探测宇宙中微子背景的新途径。
2025-03-10 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.HE
High-Energy Multi-Messenger Transient Astrophysics
近年来，高能宇宙中微子和天体引力波的发现开创了多信使天体物理学的新纪元。特别是，由这些宇宙信号触发的电磁跟踪观测被证明是非常成功的，并为时域天文学带来了新的机遇。在这里，我们回顾了与黑洞和中子星相关的各种天体物理瞬态现象中的高能粒子产生，并讨论了如何利用高能发射来揭示中微子和引力波源的基本物理。
2019-07-29 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Cosmic ray electron anisotropies as a tool to discriminate between exotic and astrophysical sources
PAMELA，ATIC，PPB BETS和费米合作的最新结果将电子通量测量的能量范围扩展到了100 GeV范围内的未探索能量，证实了HEAT和AMS 01数据已经提出的大约10 GeV的碰撞。这种碰撞可以用奇异物理学背景下的暗物质湮灭来解释，或者用附近的天体物理学来源来解释，例如双星。为了区分初级正电子产生的竞争模型，各向异性的研究，补充光谱测定，显示为寻找轻子过剩的起源的新工具。在这封信中，我们计算了收集所有已知的伽马射线天体（如ATNF目录中所列）和湮灭暗物质对电子通量的贡献，无论是在团晕的情况下，还是在多余的物质可以归因于附近相当大的暗物质团的情况下。我们解决的问题，在这两种情况下的电子各向异性和估计的前景，一个小的偶极各向异性可以发现费米天文台。
2009-09-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Athena (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) Assessment Study Report for ESA Cosmic Vision 2015-2025
雅典娜是2011年4月至12月在欧空局《2015-2025年宇宙愿景》框架内对L级飞行任务提案进行重新规划后开发的一个X射线观测级飞行任务概念。雅典娜的科学案例是宇宙的极端，从黑洞到大尺度结构。具体的科学目标围绕三个主要支柱：“黑洞和吸积物理学”、“宇宙反馈”和“宇宙的大尺度结构”。支持这些支柱，雅典娜提供的热天体物理等离子体的研究将其范围扩大到天文学的几乎所有角落。“雅典娜”概念包括两台共对准的X射线望远镜，焦距12米，角分辨率为10”或更高，在1千电子伏时总有效面积为1平方米（在6千电子伏时为0.5平方米）。在其中一个望远镜的焦点处，有一个宽视场成像仪（WFI），提供24' \times 24'的视场，在6 keV下150 eV的光谱分辨率，以及高计数率能力。另一个望远镜的焦点是X射线微量热光谱仪（XMS），这是一种低温仪器，在2.3“\times 2.3”的视场内提供3 eV的光谱分辨率。虽然雅典娜没有被选为欧空局的宇宙愿景2015-2025 L1任务，但其科学目标和概念符合欧空局X射线天文学旗舰的基础。
2012-07-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Production of antimatter nuclei in Galactic cosmic rays
宇宙射线（CR）中的反物质核是间接探测暗物质湮灭特征的一种很有前途的工具。然而，在CRs中寻找新的物理信号依赖于我们对天体物理学反物质背景的了解，而这反过来又严重依赖于调节星际介质中反粒子产生和破坏的几个碎裂截面。在这项工作中，我们已经重新评估的天体物理背景的CR反质子，反中子，反氦核在银河系CR使用改进的计算。使用最新的计算，利用最近的加速器数据的生产截面的单个反核子的约束。反氘和反氦核的生产计算使用一个改进的模型的核合并，占反中子和反质子生产的不对称性。我们讨论了横截面引起的不确定性，并表明它们是占主导地位的天体物理起源的其他不确定性相比。
2018-07-27 astro-ph.HE hep-ph
Identification of Patterns in Cosmic-Ray Arrival Directions using Dynamic Graph Convolutional Neural Networks
提出了一种利用动态图卷积神经网络识别超高能宇宙射线源的新方法。这些网络旨在处理稀疏排列的对象，并利用它们的短期和长期相关性。我们的方法搜索宇宙射线的到达方向的模式，这是由于在宇宙磁场的相干偏转。该网络区分具有源特征的天体物理情景和仅具有各向同性分布的宇宙射线的天体物理情景，并允许识别属于偏转模式的宇宙射线。我们使用模拟的天体物理场景中的源密度是唯一的自由参数，以显示如何密度限制可以得到。我们将这种方法应用于AGASA天文台的公共数据集。
2020-03-29 astro-ph.HE hep-ex
A Case for Radio Galaxies as the Sources of IceCube's Astrophysical Neutrino Flux
我们提出一个论点，射电星系（活动星系与错位喷流）可能是冰立方观测到的高能天体物理中微子的主要来源。特别是，如果从射电星系观测到的伽马射线发射是通过宇宙射线质子与气体的相互作用产生的，这些相互作用也可以产生一群中微子，其通量和光谱形状与冰立方测量的相似。我们提出了一个简单的物理模型，其中高能宇宙射线被限制在射电星系的体积内，在那里它们与气体相互作用，产生所观察到的中微子和伽马射线的扩散通量。除了同时考虑费米和冰立方的观测结果外，这个模型中的射电星系也代表了一类有吸引力的最高能量宇宙射线源。
2016-05-24 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Glashow resonance as a window into cosmic neutrino sources
在E_v =6.3 PeV处出现的希豪共振是天体物理中微子流中\bar v_e含量的量度。分数\bar ν_e含量取决于宇宙中微子源的中微子产生模型和源的环境。因此，射电共振事件率的强度是了解天体物理来源的一个潜在窗口。我们量化的“电火花共振仪”和评论的意义，没有电火花事件中观察到的IceCube三年的数据。
2014-11-18 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic ray tracks in astrophysical ices: Modeling with the Geant4-DNA Monte Carlo Toolkit
宇宙射线在星际环境中无处不在，它们对尘埃颗粒冰幔的轰击可能是形成复杂甚至是生命前分子的驱动力。然而，关键的数据，这是必不可少的精确建模的这种现象，如宇宙射线轨迹的平均半径在非晶态固体水（ASW）仍然不受约束。结果表明，宇宙线轨迹在ASW可以近似为一个圆柱体的平均半径，这是大多独立的初始粒子能量。高能离子和低密度非晶（LDA）和高密度非晶（HDA）冰目标之间的相互作用使用Geant 4-DNA Monte Carlo工具包，它允许跟踪次级电子在材料中的亚激发能量进行模拟。我们发现LDA和HDA冰的峰值轨道核心半径$r_\mathrm{cyl}$分别为9.9纳米和8.4纳米--略小于天体化学模型中通常假设的5纳米值的两倍。
2020-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE cond-mat.mtrl-sci
Dark Matter detection via lepton cosmic rays
最近的PAMELA和FERMI实验对轻子宇宙射线的观测，将我们对星际介质和宇宙射线源的理解推向了前所未有的水平。暗物质在轻子宇宙射线上的印记是对PAMELA的正电子过剩和FERMI的总电子通量的最令人兴奋的解释。或者，超新星是具有解释这些观测结果的相同潜力的天体物理学对象。在这项工作中，我们提出了轻子宇宙射线的天体物理来源和暗物质信号的正电子过剩和电子总通量的可能痕迹的最新研究。
2010-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
