Cosmic-ray energy spectrum and composition up to the ankle - the case for a second Galactic component
我们已经进行了详细的研究，以了解观测到的能量高达~10^18 eV的宇宙射线的能谱和成分。我们的研究表明，一个单一的银河系成分，在不同元素的单个光谱中具有随后的能量截止，被优化来解释观测到的~10^14 eV以下的光谱和全粒子光谱中的拐点，不能解释观测到的~2x10^16 eV以上的全粒子光谱。我们讨论了银河系宇宙射线的第二个组成部分的两种方法--在银河系风终止激波处的再加速和沃尔夫-拉叶星的超新星爆炸，并表明后一种情况可以解释几乎所有观测到的全粒子谱特征和高达~10^18 eV的组成，当结合一个典型的河外光谱预期从强射电星系或源人口具有类似的宇宙演化。在这个双分量银河系模型中，全粒子谱中约3x10^15 eV处的拐点和约10^17 eV处的第二个拐点分别是由于第一和第二分量的截止。我们还讨论了河外成分的几种变化，从最小的贡献到脚踝以下（约4x10^18 eV）有重要成分的情况，发现河外成分超过常规源演化的贡献既没有被指出，也不与现有数据相冲突。我们的主要结果是，第二个银河系成分预测银河系宇宙射线的组成在第二个膝盖和以上，主要由氦或氦和CNO核的混合物，与弱或基本上消失的铁部分，与大多数常见的假设相反。这一预测与LOFAR和皮埃尔·俄歇天文台的新测量结果一致，后者显示了一个强的轻组分和一个相当低的铁分数，在~10^17和10^18 eV之间。
2016-11-11 astro-ph.HE
On the common origin of cosmic rays across the ankle and diffuse neutrinos at the highest energies from low-luminosity Gamma-Ray Bursts
我们证明了低亮度伽马射线暴（LL-GRB）喷流核级联中产生的超高能电子回旋共振（UHECR）可以描述UHECR的谱和成分，同时也可以描述最高能量处的扩散中微子通量。源中的辐射密度同时控制着中微子的产生和核级联的发展，导致核子和轻核的通量，甚至描述了$5 \times 10^{18}$ eV的宇宙线踝。导出的源参数是一致的人口研究，表明重子加载因子约为10。我们的研究结果激发了LL-GRB作为一个独特的GRB人口的持续实验搜索。
2019-01-16 astro-ph.HE
A composition dependent energy scale and the determination of the cosmic ray primary mass in the ankle region
关于超高能宇宙射线的起源，目前仍有几个悬而未决的问题。然而，近年来由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列等当代地面探测器收集的数据，这一领域取得了很大进展。特别是，人们认为，作为能量函数的宇宙射线的组成的研究可以为理解宇宙射线的起源发挥根本作用。属于这一代的天文台由表面探测器阵列和荧光望远镜组成。荧光望远镜的占空比约为10%，而表面探测器的占空比约为100%。因此，通过使用从由两种类型的探测器同时观测到的一组高质量事件获得的校准曲线来执行由表面探测器观测到的事件的能量校准。这种方法的优点是，由表面探测器观察到的事件的重建能量变得几乎与簇射的模拟无关，因为从荧光望远镜获得的重建能量中只有一小部分来自模拟。然而，以这种方式获得的校准曲线取决于宇宙射线的成分，当考虑对初级能量具有强烈依赖性的参数时，这可能在成分分析中引入偏差。在这项工作中，我们开发了一种分析方法来研究这些影响。我们认为AMIGA，低能量扩展的皮埃尔俄歇天文台对应的表面探测器，以说明使用的方法。
2015-02-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
Consequences of the common origin of the knee and ankle in Cosmic Ray Physics
太阳调制能量高达5x 10 **19 eV的宇宙辐射的微分能谱是由最近的膝盖和脚踝理论正确预测的，该理论只使用一个归一化点。这个显著的定量结果，跨越了几十年的能量和强度，以及存在的第二个膝盖在6x 10 **17 eV，得到假设恒定的光谱指数的个别离子在宇宙射线源和没有其他关键的假设。在这项研究中，宇宙辐射的化学成分作为该理论的直接结果进行了评估。计算的平均对数质量在10**15-10**17 eV范围内表现出从1.8到3.0的上升趋势，在3 × 10 **17 eV处的最大值为3.2，并且在3 × 10 **17 eV以上至4 × 10 **18 eV处具有特征性发光。所有这些显著特征与许多实验数据相一致。定性地讨论了该理论所固有的另外两个结果：（1）加速宇宙射线的机制的某些限制性界限;（2）宇宙射线在银河系中的停留时间所暗示的各向同性程度。
2009-02-01 astro-ph.HE
Origin of the light cosmic ray component below the ankle
高能宇宙射线的起源和性质仍然是个谜。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相当大的进展。在$10^{18}$ eV以上，观察到的能谱呈现两个特征：在$\sim 10^{18.6}$ eV处的斜率硬化，这被称为踝部，以及在$\sim 10^{19.6}$ 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。此外，各向异性的信息是一致的银河系外的起源，这将占主导地位的光谱脚踝以下的光分量。因此，将踝关节解释为银河系和河外成分过渡的模型不受当前数据的青睐。最近，有人提出，这种轻的成分来源于源环境中更高能量和更重的原子核的光致衰变。踝关节的形成也可以用这种机制来解释。在这项工作中，我们详细研究这种一般情况下，但在活动星系的中心区域的背景下。在这种情况下，宇宙射线在这些类型星系中心区域的超大质量黑洞附近被加速，重核的光致蜕变发生在超大质量黑洞周围的辐射场中。
2018-11-08 astro-ph.HE
Cosmic Rays from the Knee to the Ankle
在PeV到EeV能量范围内的宇宙射线的能谱和质量组成的研究对于理解银河系和河外宇宙射线的起源都是重要的。最近，三个现代实验装置（KASCADE-Grande，IceTop，Tunka-133），致力于研究这一初级能量范围，发表了关于全粒子能谱的新结果。在这篇简短的评论中，我们介绍了这些结果，并讨论了它们的异同。此外，使用不同的强子相互作用模型解释测量的空气簇射数据的影响将被检查。最后，本文还简要地讨论了目前的结果与宇宙射线从银河系到河外起源的天体物理模型是否一致的问题。
2015-04-08 astro-ph.HE
Extragalactic cosmic rays and their signatures
UHE质子在CMB中的传播特征是成对产生倾角和GZK截止。这些光谱特征的可见表现是微分光谱中的踝关节、GZK截止点和积分光谱中的E_{1/2}。在所有的实验中观察到的脚踝通常被解释为从银河到河外的宇宙射线的过渡。利用HiRes、望远镜阵列（TA）和俄歇探测器在能量（1-3）EeV下测量的质量组成，计算了银河系宇宙射线在这些能量下的各向异性，以及伸长曲线，我们强烈反对上面给出的脚踝解释。转变必须发生在较低的能量，最有可能在第二个膝盖的倾角模型预测。这个模型的另一个预测，倾角的形状，很好地证实了HiRes，TA，AGASA和雅库茨克探测器，并在能量重新校准后，由俄歇探测器。GZK临界值和E_{1/2}的预测开始与HiRes和TA数据一致。然而，直接测量的质量组成仍然是一个谜。虽然HiRes和TA探测器观察到质子占主导地位的质量组成，正如dip模型所要求的那样，俄歇探测器的数据有力地证明了核质量组成在能量高于4 EeV时稳定地变得更重，并在能量约35 EeV时达到铁。基于俄歇的方案与另一种解释一致，即能量为Ea =4 EeV的踝是从河外质子到河外核的跃迁。在较高能量下重核优势可以由质子的低能量加速E_{max} \sim 4 EeV和原子核的刚性依赖性E_{max} ^A =Z E_{max} $提供。最高能量的抑制可以解释为核破坏截止。
2013-04-20 astro-ph.HE hep-ph
Explaining the UHECR spectrum, composition and large-scale anisotropies with radio galaxies
射电星系是高能宇宙射线（UHECRs）源的理想候选者。在这项工作中，我们研究，如果严格的约束所施加的偶极和四极各向异性，以及UHECR的频谱和成分允许射电星系是占主导地位的河外宇宙射线源。为了计算单个射电星系发射的UHECR通量，我们使用射电-CR相关和动力学演化模型的信息来约束它们的属性。除了从个人，本地源的UHECR通量，我们包括大部分的非本地射电星系的射电光度分布的基础上发出的漫射通量。通过对源参数在其预期特性范围内的分析，最终确定了能较好地描述UHECR谱、成分和大尺度各向异性的局部源位形。我们得到了很好的描述，所有的数据，即使在这种情况下，我们只包括一小部分的本地来源。特别是，我们发现，像天炉座A和室女座A占主导地位的脚踝以上的流量，而低光度的射电星系贡献了一个各向同性的背景下占主导地位的脚踝，提供了一个很好的适合的数据的情况。
2022-07-05 astro-ph.HE
Searching for All-Scale Anisotropies in the Arrival Directions of Cosmic Rays above the Ankle
皮埃尔俄歇天文台最近报告说，在8 EeV以上的宇宙射线到达方向上探测到偶极各向异性，试验后的显著性超过5.2 $σ$。这一观测结果对脚踝以上（3-5 EeV）宇宙射线候选源的分布和组成有着深远的影响。在本文中，我们寻找存在的各向异性的所有角度尺度上的公开俄歇数据。分析遵循基于可能性的重建方法，该方法自动考虑天文台的角度接受和背景速率的变化。我们在赤道平面的最佳拟合偶极各向异性的振幅为5.3 $\pm$ 1.3%，赤经角为103 $\pm$ 15度，与皮埃尔·俄歇合作组织的结果一致。我们没有发现证据的存在中型或小型各向异性。本文概述的方法非常适合于未来的分析，宇宙射线各向异性低于脚踝，宇宙射线探测表面阵列是不完全有效的，并占主导地位的系统不确定性。
2018-08-29 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Unmasking the ultrahigh-energy cosmic ray origin
在10^{9.6} GeV（脚踝）附近，超高能宇宙射线谱的斜率急剧变化，加上脚踝附近和下面的轻但河外成分演变为中间/重成分的证据，已经证明理论上非常难以理解。最近，我们引入了一个非常通用的模型，其中，对于一系列源条件，加速器周围区域的超高能核的光致衰变自然地解释了观测到的光谱和整个河外成分的组成，其中占主导地位的约10^{8.5} GeV。在这篇文章中，我们回顾了模型的一般性，并表明星暴星系提供了一个令人信服的源例子。
2017-07-28 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
Self-confinement of ultra-high-energy nuclei in cosmic filaments: implications for the UHECR spectrum and composition
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究所-格兰萨索国家实验室）
研究探讨了超高能宇宙射线（UHECR）在宇宙丝中的自我约束机制，通过有效漏箱模型分析其谱和成分，并与Auger实验数据对比，预测了宇宙射线生成的中微子和伽马射线背景。
2026-05-14 astro-ph.HE
Ultra-High Energy Cosmic Rays: Results and Prospects
本文简要评述了从谱踝到最高能量的宇宙射线测量和解释的最新进展。在大约10^{17} eV处观察到一个膝盖的重原色和一个脚踝的轻原色。在所有粒子光谱中，光的分量在大约4 × 10 ^{18} eV处开始占主导地位，并揭示了从银河系到河外宇宙射线的过渡。在最高能量下的主要问题是关于在E > 4 × 10 ^{19} eV时观察到的通量抑制的起源。这是期待已久的GZK效应还是资源枯竭？回答这个问题的关键仍然是在最高能量下仍然很大程度上未知的质量组成。来自不同天文台的数据并不完全一致，人们已经开始共同努力解决这个问题。即使在最高能量下观察到的高水平的各向同性挑战模型的质子占主导地位的组合物，如果河外磁场的顺序是几个nG或less. We将讨论在该领域的实验和理论进展和未来十年的前景。
2014-04-19 astro-ph.HE
Ultra high energy cosmic rays: implications of Auger data for source spectra and chemical composition
我们使用动力学方程的方法来描述超高能宇宙线质子和原子核的传播，并计算预期的光谱和质量组成在地球上的源注入光谱和化学丰度的不同假设。当与皮埃尔俄歇天文台观测到的谱、伸长率$X_{max}(E)$和色散$σ(X_{max})$相比较时，可以得出几个重要的结论：a）原子核的注入谱必须非常硬，$\sim E^{-γ}$与$γ\sim 1-1.6$ ; b）源中电荷$Z$的原子核的最大能量必须是$\sim 5Z\times 10^{18}$ eV，因此不需要加速到极高的能量; c）只有在加入一个具有陡峭注入谱的{ \it ad hoc}轻河外组分（$\sim E^{-2.7}$）的代价下，才能得到与俄歇谱的拟合。从这个意义上说，在踝关节（$E_{A}\approx 5\times 10^{18}$ eV），所有的成分都来自河外，因此表明从银河到河外的宇宙射线的跃迁发生在踝关节以下。有趣的是，在光谱和标准化方面，上面假设的额外的河外光分量与最近由卡斯卡德-格兰德测量的分量相比很好。
2014-09-17 astro-ph.HE
Propagation of extragalactic ultra-high energy cosmic-ray nuclei : implications for the observed spectrum and composition
本文研究了宇宙线核和质子的传播。我们强调的影响源组成的预期光谱和地球上的成分，以及从银河系到河外宇宙射线的过渡现象和解释的脚踝。我们指出，不同的源组成模型不能区分的宇宙射线谱的唯一基础上，但$<X_{\max}>$的能量演化应消除这种简并。最后，我们比较了不同的源组成模型的预测与现有的数据，并讨论了我们的结果的影响。
2009-06-17 astro-ph.HE
Science and Detectors of the Pierre Auger Observatory
宇宙射线的高能谱呈现出三个不同的特征，第二膝、踝和GZK截止，因此，对宇宙射线的透彻理解包括对这三个特征的研究。它位于第二个膝盖-脚踝区域，宇宙射线源从银河系起源变为河外起源。在较高的截止能量下，到达方向表现出与河外近区天空相关的各向异性。皮埃尔俄歇天文台目前的设计是通过以前所未有的精度进行光谱和成分测量来帮助解开这些特征。在第二个膝盖-脚踝区域的初级粒子类型将被研究与荧光望远镜和μ子计数器给出的空气簇射纵向剖面和μ子内容，分别。
2010-04-15 astro-ph.HE astro-ph.IM
Transition from galactic to extragalactic cosmic rays
对银河系和河外宇宙射线跃迁的研究可以更好地揭示银河系宇宙射线谱的末端和河外宇宙射线谱的开端。三种过渡模式进行了讨论：踝关节，倾角和混合成分模型。所有这些模型都将过渡描述为陡峭的银河系成分与平坦的河外成分的交叉点。严格的界限，这些模型提供了银河宇宙射线的标准模型，根据该模型的铁核的最大加速能量是$E_{\rm Fe}^{\rm max} \approx 1\times 10^{17}$ eV的顺序。在脚踝模型中，跃迁假设在脚踝处，在所有粒子谱中的一个平坦特征，观测上从能量$E_a \sim (3 - 4)\times 10^{18}$ eV开始。这个模型需要一个新的高能量星系成分，其最大能量大约比标准模型高两个数量级。讨论了这种成分的来源。就观测而言，跃迁有两个特征：能谱的变化和质量组成的变化。在所有的模型中，重星系的组成部分在过渡到较轻或质子的组成部分时发生了变化。
2012-11-02 astro-ph.HE hep-ph
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
What do we know about cosmic rays with energies above 5 EeV?
本文综述了能量高于 5 EeV 的宇宙射线研究，指出其各向异性证实河外起源，模型重现光谱特征，并强调源仍未确定但最高能各向异性接近 5σ。
2024-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detection of cosmic rays in the PeV to EeV energy range
膝盖周围的宇宙射线通常被认为是银河系的起源。对它们的能谱和化学成分的观测对于理解这些宇宙射线的加速和传播非常重要。此外，还需要澄清从银河系到河外来源的过渡。在本文中，最近的实验结果测量周围的膝盖将审查与检测技术。将讨论在膝盖到脚踝的能量范围内的全粒子能谱和组成的结果。
2017-02-28 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
Co-evolution of cosmic ray energy spectra, composition, and anisotropies
Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)（德国电子同步辐射研究所）；Universität Potsdam（波茨坦大学）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出宇宙射线能谱、成分和各向异性在宽能量范围内呈现相关特征，通过四分量模型（银河系源、局域源、两个河外源）解释这些特征，并揭示银河系到河外起源的过渡发生在约10^8 GeV。
2026-05-26 astro-ph.HE
The transition from Galactic to extragalactic cosmic rays: the high-energy end of the Galactic spectrum
为理解局域宇宙线能谱，本文回顾0.1 - 10×10¹⁸ eV范围内银-河外宇宙线转变的多种模型，指出银河系成分的高能端信息对该转变研究至关重要，并简述其最佳潜在源预期的能谱高能部分。
2024-11-26 astro-ph.HE
Cosmic ray spectral hardening due to dispersion of source injection spectra
用ATIC、CREAM和PAMELA测量的宇宙线（CR）能谱表明，在几百GV的硬度下有显著的硬化。我们提出，这种硬化是由于叠加的频谱从人口的来源，例如，超新星遗迹（SNRs），其注入光谱指数具有色散。采用适当的模型参数，可以很好地解释观测资料。有趣的是，注入源参数与SNR的γ射线观测结果相似，这可能支持CR的SNR起源。此外，这一机制提供了另一种解释的“踝截止”结构的超高能CR光谱。
2011-09-01 astro-ph.HE
Impact of the EPOS.LHC-R hadronic interaction model on the Centaurus A ultrahigh-energy cosmic-ray scenario
Centro Atómico Bariloche, Comisión Nacional de Energía Atómica（巴里洛切原子能中心，国家原子能委员会）；Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（国家科学研究委员会）
本文探讨了EPOS.LHC-R强子相互作用模型对邻近半人马座A射电星系作为能量>5 EeV宇宙线主要起源的情景的影响，发现该模型导致更重的成分组成，并引入了一种从大气簇射最大发展深度提取宇宙线质量信息的新方法。
2026-06-23 astro-ph.HE
Constraining the sources of ultra-high-energy cosmic rays across and above the ankle with the spectrum and composition data measured at the Pierre Auger Observatory
本研究利用奥格天文台的能谱和成分数据，通过双河外源种群模型解释踝区特征，约束了超高能宇宙射线源的性质。
2023-04-17 astro-ph.HE
News from Cosmic Ray Air Showers (ICRC 2019 -- Cosmic Ray Indirect Rapport)
这份报告总结了红十字国际委员会第36届会议的宇宙射线间接（CRI）会议。几个高精度的空气簇射阵列的最新测量导致了能谱中新特征的发现：HAWC测量了$10^{13.5}\,$ eV附近轻组分（p+He）的软化;皮埃尔·俄歇天文台的测量表明，第二膝关节是至少在$100-200\,$ PeV范围内延伸的平滑特征，并且踝关节和切口之间的能谱-不能用简单的破幂定律来描述。质量组成的测量证实，组成是质子和原子核的变化混合物，至少高达几个$10\,$ EeV。几个合作的共同努力有助于更好地评估强子相互作用模型的缺陷，例如，通过量化模型中的μ介子赤字超过簇射能量。具有更高精度的各向异性测量通常证实了早期的结果。赤道偶极子的振幅和相位的变化表明，在第二个膝盖和脚踝之间的能量范围内，可能有一个从银河系到河外源的过渡。然而，无论是最具活力的银河系还是河外源都没有被发现，这仍然是一个主要的科学目标。除了更多的曝光，测量精度的提高和系统不确定性的降低将提供未来的进展。特别令人兴奋的是，建立了新的实验，并升级了现有的实验，以提高能量和质量组成的测量精度，例如，通过无线电天线和粒子探测器的结合。最后但并非最不重要的是，有一种趋势是，实验的设计可以同时瞄准宇宙射线、光子和中微子，这将有助于在最高能量下进行多信使天体物理学。
2019-10-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic ray spectral hardening due to dispersion in the source injection spectra
最近的宇宙射线（CR）实验发现，CR光谱经历了一个显着的硬化硬度超过几百个GV。我们建议，这是由许多源的CR能量谱的叠加，具有分散在注入光谱指数。采用与由费米$γ$射线观测得到的超新星遗迹相似的参数，我们可以很好地再现不同物质的观测CR谱。这可能被解释为支持膝盖以下的CR的超新星遗迹起源的证据。我们进一步提出，同样的机制可以解释的“脚踝”的超高能CR光谱。
2011-07-26 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic ray composition measurements and cosmic ray background free gamma-ray observations with Cherenkov telescopes
宇宙线粒子引发的广延空气簇射（EAS）中的μ子分量携带着关于初级粒子身份的信息。我们表明，EAS的μ子含量可以测量在一个广泛的能量范围从10 - 100 TeV的超高能宇宙射线范围内使用宽视场成像大气切伦科夫望远镜观察强烈倾斜或接近水平的EAS从地面或从高空。在这种EAS中，来自μ子的切伦科夫发射形成了望远镜相机中EAS图像的独特分量（晕或尾）。我们表明，μ介子信号的检测可以用来测量组成的宇宙射线光谱的能量范围内的膝盖，脚踝和银河系到河外过渡。它也可以用来否决伽马射线观测中的宇宙射线背景。与KASCADE-Grande相比，该技术提供了在10 PeV以上的能带中对伽马射线通量的灵敏度提高两个数量级的可能性，并且与Pierre Auger天文台相比，在多EeV能带中的灵敏度提高了一个数量级。
2017-01-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
LHAASO Constraints on New-Source Cosmic Rays:Abundance Scenarios and Injection Spectral Indices
Hebei Normal University（河北师范大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Tangshan University（唐山学院）；Xizang University（西藏大学）；Sichuan University（四川大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究利用 LHAASO 数据约束新源宇宙射线的丰度情景与注入谱指数，发现微类星伴星表面丰度情景拟合〈lnA〉数据更优但存在指数差异，未来 HERD 和 LHAASO 的元素分辨测量可验证相关预测。
2026-10-26 astro-ph.HE
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
Indications of Proton-Dominated Cosmic Ray Composition above 1.6 EeV
我们报告的超高能宇宙线组成的研究，通过分析的深度的空气簇射最大值（Xmax），高分辨率蝇眼（HiRes）天文台收集的空气簇射事件。HiRes数据与<Xmax>47.9 ± 6.0（统计）的恒定伸长率d /d（log（E））一致。+- 3.2（系统）g/cm^2/decade的能量在1.6 EeV和63 EeV之间，并与一个主要的质子组成的宇宙射线通过QGSJET 01和QGSJET-II高能强子相互作用模型解释时是一致的。这些测量结果限制了银河系到河外星系的过渡是导致能谱在4 EeV处“脚踝”的模型。
2010-04-03 astro-ph.HE
Latest results from the Pierre Auger Observatory
介绍了皮埃尔俄歇天文台的最新观测结果。其中包括测量超高能宇宙射线的光谱、各向异性和成分。在$4\times 10^{18}$ ~eV处测量光谱的踝，并且观察到与GZK效应一致的高于$3\times 10^{19}$ ~eV的抑制。在能量高于$5.5\times 10^{19}$ ~eV时，发现与附近河外天体分布的相关性，包括在最近的射电大声活动星系半人马座~A方向附近的过量。对簇射最大值的深度及其波动的测量表明，初级宇宙射线的平均质量（根据强子相互作用模型的标准外推）是逐渐变化的，这一结果与主要由质子组成的光成分一致，质子的能量只有几个$\times 10^{18}$ ~eV，接近于$4\times 10^{19}$ ~eV的铁核的预期。上界的光子分数和中微子流量也得到了。
2011-01-10 astro-ph.HE hep-ph
Evidence for a mixed mass composition at the `ankle' in the cosmic-ray spectrum
我们报告的第一次测量超高能宇宙射线的簇射最大值的深度和信号之间的相关性，在水的空气簇射的切伦科夫站同时登记的荧光和表面探测器的皮埃尔俄歇天文台。这种相关测量是混合式空气簇射观测台的一个独特功能，对电磁和μ子分量都很敏感。它允许在宇宙射线通量的初级质量的传播的准确测定。到目前为止，主要质量传播的约束条件一直由系统的不确定性。目前的相关测量不受系统学的影响，在测量阵雨最大值的深度或在水切伦科夫站的信号。分析依赖于一般的特点，因此也是强大的强子事件发生器的不确定性。观测到的$\lg(E/{\rm eV})=18.5-19.0$“脚踝”附近能量范围的相关性与纯初级宇宙射线成分的预期有很大不同。由质子和氦组成的轻组分同样与观测结果不一致。数据很好地解释了混合组成，包括原子核质量$A > 4$。因此，像质子倾角模型这样的假设，几乎是纯成分的，不适合作为地球上超高能宇宙射线通量的唯一解释。
2016-11-22 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
Selected Topics in Cosmic Ray Physics
对宇宙射线起源的研究一如既往地活跃，主要是由最近的观测提供的新见解所推动的。目前正在作出大量努力，将银河系宇宙射线起源的所谓超新星范例置于更坚实的基础上，同时在最高能量下，我们正试图了解观测到的宇宙射线光谱和质量组成，并将它们与河外宇宙射线的潜在来源联系起来。有趣的是，一个获得了自己尊严的主题是银河系和河外成分之间的过渡区的调查，曾经与脚踝有关，现在越来越多地被认为是发生在较低的能量。在这里，我们总结了最近的事态发展，在观测和了解银河系和河外宇宙射线，我们讨论的影响，这样的调查结果之间的过渡建模。
2017-07-19 astro-ph.HE hep-ph
The source of the cosmic-ray excess in the Centaurus region -- constraints on possible candidates, mass composition and cosmic magnetic fields
Nationaal instituut voor subatomaire fysica (NIKHEF)（荷兰亚原子物理国家研究所）；Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University Nijmegen（拉德堡德大学数学、天体物理与粒子物理研究所）
本研究针对半人马座区域甚高能宇宙线超量的起源争议，利用最新银河系磁场模型检验多种源场景，对信号占比、宇宙线电荷数、河外磁场强度给出定量约束，明确了不同候选源成立的参数范围。
2025-11-19 astro-ph.HE
The UHECR-FR0 Radio Galaxy Connection: A Multi-Messenger Study of Energy Spectra/Composition Emission and Intergalactic Magnetic Field Propagation
本文通过 CRPropa3 模拟拟合 Auger 数据，研究 FR0 射电星系的 UHECR 能谱、成分及磁场传播，并预测次级光子与中微子。
2023-08-21 astro-ph.HE
What can cosmic-ray knees reveal about source populations?
University of Crete（克里特大学）；Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）
本研究通过简单理论模型探讨宇宙线加速器群落多样性对膝现象学的影响，发现组分与通量断裂特征可揭示源群落性质，并对比观测数据验证了主膝、第二膝及Auger谱特征的成因。
2025-11-05 astro-ph.HE
Combined Fit of Spectrum and Composition for FR0 Radio-galaxy-emitted Ultra-high-energy Cosmic Rays with Resulting Secondary Photons and Neutrinos
本文用CRPropa3模拟并联合拟合Auger能谱与成分数据，研究邻近FR0射电星系作为UHECR来源的可行性，并预测其次级光子和中微子通量。
2025-02-12 astro-ph.HE
