On the progressive hardening of the cosmic-ray proton spectrum in the inner Galaxy
空间变化的平均属性，特点的强子组成部分的弥漫银河宇宙射线海，特别是光谱斜率和归一化，可能会揭示其在银河系中的约束机制的关键信息。在本文的第一部分中，我们执行的Fermi-LAT γ射线数据分析与SkyFACT软件包，它结合了图像重建技术与标准模板拟合，分离出的强子发射，并将其分解成银河中心环。我们发现一个显着的硬化的强子谱指数对分子环。我们在不同的能量范围内研究这种硬化，并评估其弹性与分析设置中的不同处方。在第二部分中，我们量化的贡献扩散伽马射线通量来自未解决的点源与一个专用的蒙特卡罗模拟，并考虑是否在第一部分的趋势特征可以模仿一个渐进的更相关的通量相关的这个组件在银河系内部。我们发现，所观察到的硬化的强子谱指数不能是由于未解决的来源在亚TeV的能量范围内，特别是在分子环外，给出合理的假设有关的未解决的源人口。
2018-07-12 astro-ph.HE
Cosmic Ray Helium Hardening
CREAM和ATIC-2实验的最新观测表明：（1）在10^15 eV以下，宇宙线氦的谱比宇宙线质子的谱硬;（2）在10^11 eV/n以上，所有宇宙线氦的谱都变得硬。我们提出了一个新的图片，更高的能量CR产生在更多的氦丰富的区域来解释硬化（1）没有引入不同的CR氦源。在~100 TeV的氦质子比超过了大爆炸丰度Y=0.25的数倍，并且在扩散激波加速理论中没有再现不同的光谱。我们认为，CR产生于化学富集区，如超级气泡，和向外减少的丰度自然导致硬光谱的CR氦，如果CR逃脱超新星遗迹（SNR）的冲击，在能量依赖的方式。我们提供了一个简单的分析谱，它也很好地拟合了硬化（2），因为在~ 10^6 K的热超泡中，马赫数在减小。我们的模型预测硬和凹光谱较重的CR元素。
2011-01-21 astro-ph.HE
Discrepant hardening observed in cosmic-ray elemental spectra
气球载宇宙射线能量学和质量（CREAM）实验从南极洲发射了五次，在99.5%的大气层以上累计飞行时间约为156天。该仪器配置有互补和冗余的粒子探测器，旨在将宇宙射线成分的直接测量扩展到气球飞行中实际使用的最高能量。从质子到铁核的所有元素都以出色的电荷分辨率分离。在这里，我们报告的结果从头两个飞行的~70天，这表明硬化的元素光谱以上~200 GeV/核子和两个最丰富的物种，质子和氦核之间的光谱差异。这些结果挑战了宇宙射线光谱是简单的幂律低于所谓的膝盖在~1015 eV的观点。这种不一致的硬化可能是由相对较近的源引起的，也可能是由宇宙射线与加速激波相互作用引起的光谱畸变。还应调查其他可能的解释。
2010-04-07 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Hardenings in the Light of AMS-02
AMS-02实验最近对宇宙射线的精确观测清楚地表明：（1）与$\propto R^{0.08}$的质子相比，氦和碳的光谱更硬;（2）质子和氦的光谱在刚性$R \sim 300$ GV处出现凹形断裂。特别是氦和碳的光谱是完全相似的，指向相同的加速位置。我们研究这些功能的可能的解释，并确定一个化学丰富的区域，即超级气泡作为最有可能的起源银河CR在高刚性$R>30$ GV。CR碳和氦的相似光谱进一步表明，具有$R>30$ GV的CR来自超泡核心的超新星喷出物，与相当或更少量的星际介质混合。我们预测类似的光谱重核。
2016-03-18 astro-ph.HE
Origin of hardening in spectra of cosmic ray nuclei at a few hundred GeV using AMS-02 data
许多实验已经证实了几百GV的宇宙线核谱的硬化现象，并提出了3种不同的起源：主源加速、传播和不同源的叠加。本文采用破缺幂律直接拟合了刚度大于45 GV的AMS-02核的能谱。断裂刚度和小于和大于断裂刚度的谱指数差的拟合结果显示了不同核素之间的复杂关系，这不能通过简单的一次源情景或传播情景自然再现。然而，在一个自然和简单的假设下，不同类型的源的叠加可能有可能成功地解释拟合结果。将来，来自单一实验（如DAMPE）的CR核谱将为我们提供机会进行交叉检查并揭示不同类型源的性质。
2021-03-20 astro-ph.HE
Revisiting the hardening of the cosmic-ray energy spectrum at TeV energies
通过ATIC、CREAM和PAMELA等实验对宇宙射线的测量表明，宇宙射线能谱在TeV能量处硬化。在我们最近的工作中（Escherdam & Hörandel 2012a），我们表明硬化可能是由于附近超新星遗迹的影响。我们展示了质子和氦的情况。在本文中，我们提出了一个改进的和详细的版本，我们以前的工作，并扩展我们的研究更重的宇宙射线物种，如硼，碳，氧，铁核。与我们以前的研究不同，本工作涉及背景宇宙射线的详细计算，并遵循一致的处理宇宙射线源参数之间的背景和附近的组件。此外，我们还提出了一个详细的比较，我们的结果的次级到初级的比率，次级光谱，和扩散伽马射线光谱与预期的结果从其他现有的模型，这可以检查未来的测量在高能量。
2013-08-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Anomaly in the cosmic-ray energy spectrum at GeV-TeV energies
最近通过各种实验对宇宙射线的测量发现，宇宙射线的能谱在TeV区域比在GeV能量区域更硬。光谱硬化的起源还不清楚。在本文中，我们讨论了光谱硬化可能是由于与银河系中的老超新星遗迹有关的弱激波对宇宙射线的再加速效应。
2015-05-04 astro-ph.HE
Origin of Spectral Hardening of Secondary Cosmic-Ray Nuclei
讨论了在被星际介质（ISM）或星周介质（CSM）包围的超新星遗迹（SNRs）中，由碳、氮、氧等初级宇宙线核在激波加速后的散射所产生的次级宇宙线核（如锂、铍、硼）的加速和逃逸。我们考虑到CR粒子从SNR冲击中的能量依赖性逃逸，这是由SNR的γ射线观测所支持的，以计算初级和次级CR核逃逸到周围介质中的光谱。我们发现，如果SNR被具有风状密度分布的CSM包围（即，$n_{\rm CSM}\propto r^{-2}$），逃逸次级核的光谱比逃逸初级核的光谱硬，而如果SNR被均匀ISM包围，逃逸次级核的光谱总是比逃逸初级核的光谱软。利用这一结果，我们表明，如果有一个过去的超新星周围的一个密集的风一样的CSM（$\sim 2.5\times 10^{-3}M_{\odot}~{\rm yr}^{-1}$）发生在$\sim 1.6\times 10^5~{\rm yr}$前在$\sim 1.6~{\rm kpc}$的距离，我们可以同时再现光谱硬化的初级和次级CR以上$\sim 200~{\rm GV}$，最近被AMS-02报道。
2021-06-10 astro-ph.HE
Understanding the spectral hardenings and radial distribution of Galactic cosmic rays and Fermi diffuse gamma-rays with spatially-dependent propagation
最近的直接测量银河宇宙射线光谱的气球/星载探测器显示光谱硬化的所有主要核素在几百个GV的刚性。费米大面积望远镜测量的全天弥漫伽马射线发射也显示了宇宙射线强度和光谱指数的空间变化。这些新的观测挑战了传统的简单加速和/或银河系宇宙射线的传播方案。在这项工作中，我们提出了一个空间依赖的扩散方案来解释所有这些现象。假设扩散系数与源分布反相关，这是带电粒子在湍流磁场中输运的自然预期。空间相关扩散模型也给出了较低水平的宇宙射线的各向异性，这与地下μ子和空气簇射实验的观测结果一致。该模型能较好地再现整个银河系中宇宙射线的光谱变化。
2018-02-26 astro-ph.HE hep-ph
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
Origin of hardening and universality of cosmic rays spectra in GV-PV rigidity region
最近的球载和卫星实验确定了宇宙射线光谱行为的新特征。对所有数据的分析表明，在$>200$ GV区观察到最丰富的初级宇宙线核谱随刚性增加而硬化。与此同时，次级宇宙射线的刚性依赖性明显不同。AMS-02数据表明，在200 GV以上，次级宇宙射线Li、Be、B比初级He、C、O硬化得更多。在本文中，我们讨论了一个新的情况下，自洽地描述这些新的宇宙射线谱的功能。我们证明了AMS-02测量的宇宙线谱的斜率的变化所造成的过渡从多个遥远的银河系源的贡献，包括核相互作用的粒子加速这些源与星际介质在银河系中游荡，主要是本地的贡献。我们还发现在刚性$R> 10^5$ GV处观察到光谱普适性。
2019-05-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Rays in a Galactic Breeze
受发现的非热费米泡功能下面和上面的银河平面，我们调查的情况下，这些气泡是通过银河系中心流出形成的。宇宙射线（CR）在银河微风外流中扩散和平流，与周围的气体相互作用，产生伽马射线发射，提供了一个近似平坦的表面亮度分布，如观察到的。应用相同的流出轮廓进一步内的磁盘，由此产生的影响，可观察到的CR光谱特性的确定。硬化的光谱由于在一个特定的能量范围内的平流和扩散传播的竞争被注意到，即使在限制的情况下，在磁盘和晕中的CR扩散系数相等。据推测，这种硬化效应可能与在$\approx 200$ GV刚度下CR谱中观察到的硬化特征有关。
2017-01-09 astro-ph.HE
Enhancing the Spectral Hardening of Cosmic TeV Photons by Mixing with Axionlike Particles in the Magnetized Cosmic Web
大规模的河外磁场可能会引起极高能量光子和类轴子粒子（ALP）之间的转换，从而屏蔽光子，使其不被河外背景光吸收。然而，在简化的“细胞”模型中，迄今为止用于表示河外磁场，这种机制将被当前的天体物理边界强烈抑制。在这里，我们考虑一个最近的模型，河外磁场从大尺度宇宙学模拟。这种模拟的磁场在物质的细丝中会有很大的增强。因此，光子-ALP转换将对宇宙TeV光子产生显著的光谱硬化。这种效应将被即将到来的切伦科夫望远镜阵列探测器探测。这种可能的探测将提供一个独特的机会，用ALP对磁化的宇宙网进行断层扫描。
2017-09-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On the knee of Galactic cosmic rays in light of sub-TeV spectral hardenings
在宇宙射线谱中发现膝关节50多年后，它的物理起源仍然是一个谜。这部分是由于单个成分的能谱的模糊性。最近，直接测量从几个气球/卫星携带的探测器发现显着的光谱硬化的宇宙射线核在几百个GV的刚度。对宇宙射线光谱的直接和间接测量进行联合建模可能有助于理解实验系统学，可能还有助于理解膝盖的物理学。在这项工作中，我们更新的现象学“多性腺”模型的膝盖，包括光谱硬化，与变化的光谱指数$γ+ β\cdot \log E$相对于能量。我们发现，有一些直接和间接测量之间的张力。具体来说，硬光谱的CREAM建议一个相对较低的能量截止的膝盖周围的个人宇宙射线光谱，这是不一致的轻组分光谱的空气淋浴测量。此外，AS $γ$ /ARGO-YBJ/WFCTA/KASCADE的轻组分数据与全粒子谱一致。我们期望通过运行空间探测器（如CALET和DAMPE）和地面实验（如LHAASO）对TeV能量及更高能量的单个成分的宇宙射线谱进行更精确的测量，最终将解决这些差异。最后，作为一个例子，我们证明了在双晕模型下的空间相关扩散能够重现这种“修改的多性腺”模型的结果。
2018-07-03 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic-ray spectral anomaly at GeV-TeV energies as due to re-acceleration by weak shocks in the Galaxy
最近的宇宙射线测量的ATIC，CREAM和PAMELA实验发现了一个明显的硬化的能谱在TeV的能量。虽然硬化的起源还不清楚，但可能的解释包括宇宙射线源光谱的硬化，银河系中宇宙射线传播特性的变化以及附近源的影响。在这篇文章中，我们提出光谱异常可能是银河系中弱激波对宇宙射线的再加速效应。宇宙射线在被强烈的超新星残余激波加速后，在银河系中进行扩散传播。在传播过程中，宇宙射线可能会再次遇到膨胀的超新星遗迹冲击波，并被重新加速。由于老超新星遗迹的体积较大，遇到老超新星遗迹的概率预计会比年轻超新星遗迹大，预计再加速主要是由较弱的冲击产生的。由于较弱的冲击产生较软的粒子谱，因此产生的再加速分量将具有比强冲击产生的初始宇宙射线源谱更陡的谱。对于一组合理的模型参数，它示出，这种再加速组件可以占主导地位的GeV的能量区域，而非再加速组件占主导地位，在更高的能量，解释所观察到的GeV-TeV的光谱异常。
2013-08-06 astro-ph.HE
Evidence of fresh cosmic ray in galactic plane based on DAMPE measurement of B/C and B/O ratios
越来越多的实验表明，初级和次级宇宙线的能谱在$\sim 200$ GV以上都表现出硬化。最近，DAMPE实验报告了在$200$ GV下硼碳比的硬化。这些迹象要求修改传统的宇宙射线（CR）图片。在这项工作中，我们提出了多核次级宇宙射线，如硼，反质子，起源于强子相互作用的新加速的宇宙射线与星际气体附近的源。我们发现，次级与初级的比例，例如，硼碳，硼氧和反质子质子比，可以很好地描述。电子和正电子的测量也可以解释。
2023-02-03 astro-ph.HE
Impact of the spectral hardening of TeV cosmic rays on the prediction of the secondary positron flux
PAMELA卫星测量到的宇宙射线正电子分数的上升可能是由于地球周围kpc尺度上存在正电子的天体物理源，例如双星。然而，从正电子数据中评估这些源的性质需要对宇宙射线与星际气体相互作用产生的次级正电子成分有很好的了解。在本文中，我们调查的光谱硬化的宇宙射线质子和氦通量最近报告的ATIC 2和CREAM气球实验，二次正电子通量的预测的影响。我们发现，这种影响是不可忽略的，导致二次正电子通量的增加高达$\sim$ 60%以上的$\sim$ 100 GeV。我们提供了拟合公式，允许直接利用我们的结果，这可以帮助导出一个人最喜欢的主要正电子源，如电子或暗物质的约束。
2011-05-12 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Interpretations of the cosmic ray secondary-to-primary ratios measured by DAMPE
DAMPE对硼碳比和硼氧比的精确测量显示，在$100$ GeV/n附近存在明显的硬化，这对银河系宇宙射线的产生、传播和相互作用提供了重要的意义。在这项工作中，我们调查了一些模型在文献中提出的DAMPE调查结果。这些模型可以大致分为两类，由传播效应或源驱动的。在这些模型中，我们发现，宇宙射线的再加速，在其传播过程中，随机磁流体动力学波可能不会再现足够的硬化的B/C和B/O，和一个额外的频谱中断的扩散系数是必需的。其他模型都能很好地解释比例的硬化现象。然而，取决于假设的简化，模型在宽能量范围内再现数据的质量不同。具有显著再加速效应的模型会低估低能反质子而高估低能正电子，而具有源处二次产生效应的模型会高估高能反质子。对于所有模型，都存在高能正电子过剩。
2023-03-06 astro-ph.HE
Revisiting the role of the streaming instability for the cosmic-ray spectrum in the GeV to TeV range
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究重新审视流不稳定性对GeV至TeV范围宇宙射线谱的影响，通过参数研究确定最佳模型以解释谱变硬现象。
2025-12-15 astro-ph.HE
The impact of the eROSITA bubbles on Galactic cosmic-ray transport
University of Chicago（芝加哥大学）
研究提出银河射流而非微观散射特性导致射线能谱变硬，通过现象学模型显示 advective 流边界可复现二次到一次比值的300 GV硬化，与AMS-02数据和多波段约束一致。
2026-04-02 astro-ph.HE
Impact of Fermi-LAT and AMS-02 results on cosmic-ray astrophysics
本文综述了与银河宇宙线天体物理学有关的几个主题，重点介绍了最近AMS-02数据和费米大面积望远镜关于银河漫射γ射线发射率的数据。计算了扩散宇宙射线诱导的p+p --> pi^0 --> 2伽马能谱，归一化到AMS-02宇宙射线质子能谱，在~ 10 - 100 GV，在刚性R >~ 300 GV时，宇宙射线质子能谱有硬化和没有硬化。如果不考虑电子韧致辐射的附加贡献，不能仅从γ射线发射率数据中排除局部星际介质宇宙射线质子谱的单一幂律动量“激波”谱。讨论了金属丰度修正，估算了核增强因子的最大值范围为1.52 ~ 1.92，并讨论了300 GV宇宙线质子和α粒子硬化的起源。
2015-05-21 astro-ph.HE
Deciphering the Electron Spectral Hardening in AMS-02
本文分析AMS-02电子宇宙射线能谱，证实约42 GeV处的硬化为初级电子固有特征，显著性约7σ，并提出新参数化拟合方法，指出硬化可能源于星际传输或加速效应。
2025-02-26 astro-ph.HE
A search for spectral hardening in HAWC sources above 56 TeV
高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台是一个宽视场伽马射线天文台，经过优化，可以探测到300 GeV到几百TeV之间的伽马射线。HAWC合作组织最近发布了他们的第三个源目录（3HWC），其中包含65个源。这些源之一，超高能量伽马射线源3HWC J1908+063，可能在最高能量（高于56 TeV）处表现出光谱指数的硬化。至少需要两个粒子群才能令人满意地解释最高的能量发射。这第二个成分可能是轻子或强子的起源。如果它的起源是强子的，那就意味着在源附近存在能量高达$\sim$ 1 PeV的质子。我们已经搜索了其他3HWC源的存在，这种光谱硬化功能。如果观察到，这将意味着这些来源可以成为PeVatron的良好候选人。
2021-07-29 astro-ph.HE
The shape of the cosmic ray proton spectrum
最近对能量范围为$10^2$-$10^5$ ~GeV的宇宙线质子的观测表明，该谱不能用简单的幂律来描述。磁谱仪PAMELA和AMS 02首先观测到的几百~GeV能量附近的光谱硬化，现在已经被几个量热计探测器（ATIC、CREAM、CALET、NUCLEON和DAMPE）证实。这些新的测量达到了更高的能量，并表明硬化对应于光谱指数的一个更大的台阶，而不是由磁光谱仪估计的。在更高的能量下（CREAM、NUCLEON和DAMPE）的数据表明，质子能谱在$E \approx 10^4$ ~GeV处发生了明显的软化。了解这些意想不到的光谱特征的起源是对银河系宇宙射线模型的重大挑战。一个重要的悬而未决的问题是，是否有额外的功能之间的质子谱软化和“膝盖”。广泛的空气簇射探测器，使用展开程序，需要在大气中的宇宙射线簇射建模，估计质子通量低于和周围的膝盖（在$E \simeq 3$ ~PeV）。然而，这些结果有很大的系统不确定性，并且彼此之间的一致性很差。最近由IceTop/IceCube提出的PeV能量范围内的测量表明，质子通量高于假设恒定斜率计算的直接测量的外推，因此需要在膝盖以下存在额外的光谱硬化。这一点的澄清是非常重要的银河宇宙射线的起源的理解，也是必不可少的精确计算的能量范围内（$E \gtrsim 10$ ~TeV）的大气中微子的光谱，它们构成了新兴的天体物理$ν$信号的前景。
2019-11-04 astro-ph.HE
Geminga SNR: Possible candidate of local cosmic-ray factory
能谱和各向异性的精确测量可以帮助我们揭示局部宇宙线加速器。我们最近的工作表明，能谱中$200$ GeV以上的谱硬化和$\sim 100$ TeV的大尺度各向异性跃迁是局域源起源的。小于$100$ TeV，光谱硬化和各向异性明确表示附近的源的主要贡献。在这项工作中，我们进一步研究了观测能谱和各向异性振幅所允许的源的参数空间。为了获得最佳拟合的源参数，一个数值包来计算参数后验分布的基础上贝叶斯推断，这是适用于执行一个精心扫描的参数空间。我们发现，通过结合能谱和各向异性数据，本地源的位置和年龄的允许范围大大缩小。与现有的局部SNR星表相比，只有Geminga SNR可能是局部宇宙线源的合适候选者。
2021-04-15 astro-ph.HE
Distributed accelerators in the jet of Centaurus A: the origin of the spectral hardening of very high energy gamma-rays
Kindai University Technical College（近畿大学技术学院）；Institute for Global Science, Mie（三重县全球科学研究所）
本文提出结合丝状喷流模型的同步辐射自Compton机制，解释室女座A的极高能伽马射线发射。通过非均匀磁场和电流丝结构，推导出电子最大洛伦兹因子超过10^8，并解释了H.E.S.S观测到的伽马射线谱变硬现象。
2026-03-22 astro-ph.HE
"Discrepant hardenings" in cosmic ray spectra: a first estimate of the effects on secondary antiproton and diffuse gamma-ray yields
CREAM最近的数据似乎证实了早期的建议，即初级宇宙线（CR）光谱在几TeV/核子比在10-100 GeV范围内更难。此外，氦和更重的原子核光谱出现系统硬比质子通量在相应的能量。我们在这里注意到，如果测量反映的星际通量（相对于本地的影响）的内在功能，预计在sub-TeV范围内的次级产额，如反质子和弥漫的伽马射线的可观的修改。目前，对这些特征的起源的无知代表了天体物理参数提取以及间接暗物质搜索的背景估计中的系统误差。我们发现，光谱的修改是明显的100 GeV以上，并可以负责~30%的影响，反质子的能量接近1 TeV或伽马的能量接近300 GeV，相比目前考虑的预测的基础上简单的外推输入通量从低能量的数据。或者，如果该特征来自本地源，则不相关的光谱变化可能会出现在反质子和高能伽马射线中，后者可能依赖于视线。
2011-01-19 astro-ph.HE hep-ph
Role of the radiative stage for cosmic ray acceleration in SNRs
我们认为在超新星遗迹的整个演化过程中，包括辐射阶段的扩散冲击加速。研究发现，更有效的加速和快速退出的粒子在辐射阶段的结果在硬化的源宇宙射线质子和电子谱的能量$\sim 100-500$ GeV。宇宙射线电子的影响更强。
2021-12-17 astro-ph.HE
Spectra of Cosmic Ray Protons and Helium Produced in Supernova Remnants
在ATIC-2（高级薄电离量热计）、CREAM（宇宙射线能量学和质量）和PAMELA（反物质探测和轻核天体物理学有效载荷）实验中获得的数据表明，膝盖以下几倍于$10^{6}$ GeV的宇宙射线的元素星际光谱不是简单的幂律，但它们在磁刚度高于约240 GV时经历硬化。另一个基本特征是质子和氦能谱之间的差异，使得He/p比在从$10^{2}$到$10^{4}$ GV的能量范围内增加超过50%。我们认为超新星遗迹（SNR）中扩散激波加速的非线性性质所导致的粒子谱硬化是观测到的谱硬化的一个可能原因。氦质子比随能量的增加可以解释为宇宙线加速的结果，在信噪比的正向和反向冲击。被反向冲击加速的粒子的贡献使得产生的整个宇宙射线谱的重叠更加明显。计算了在SNR中加速并释放到星际介质中的质子和氦核的能谱。导出的稳态星际光谱与观测结果相当吻合。
2012-12-03 astro-ph.HE
TeV cosmic-ray proton and helium spectra in the myriad model II
最近的观测表明，宇宙射线核谱在100 GeV以上开始硬化，这与传统的稳态宇宙射线模型相矛盾。我们认为这种异常是由于本地年轻宇宙线源释放的宇宙射线的传播效应造成的，宇宙线总通量的计算应采用将本地星表源的贡献加到本底的万有模型。然而，虽然在这个模型中可以优雅地解释硬化，但从拟合中获得的模型参数偏向于银河系中具有快速扩散和低超新星速率的区域，与其他观测结果相矛盾。在本文中，我们进一步探讨了这一模型，以建立一个协调的图片。已经考虑了与宇宙射线源有关的两种可能的改进。首先，我们考虑了一种螺旋源分布模型，而不是通常的轴对称圆盘模型。其次，对于对于硬化至关重要的附近和年轻的源，我们允许依赖于能量的逃逸时间。我们发现，主要的改进来自能量依赖的逃逸时间的本地源，并与这两个修改，不仅宇宙线质子和氦异常的解决，而且参数达到合理的范围值与其他分析兼容。
2014-05-12 astro-ph.HE
Multi-messenger observations support cosmic ray interactions surrounding acceleration sources
本文利用 LHAASO 伽马射线和 IceCube 中微子等多信使观测，证明宇宙线源区周围约 0.25 Myr 的约束与相互作用可同时解释次级粒子比率硬化、弥散超高能伽马射线和银河系中微子，表明源区周围存在不可忽略的 grammage。
2023-07-05 astro-ph.HE
Spatial-Dependent Diffusion of Cosmic Rays and the Ratio of pbar/p, B/C
最近对宇宙线谱的精确测量表明，PAMELA、CREAM、ATIC、AMS 02实验的原子核在~200 GV处出现异常硬化，而AMS 02实验的初级电子在几十GeV处出现异常硬化。特别是AMS 02最新观测到的pbar/p比值呈现平坦分布，进一步验证了次级粒子的光谱异常。这些新现象表明传统的宇宙射线传播模型受到了挑战。本文采用DRAGON软件包中的双晕模型的物理图像，通过追踪源分布，采用空间相关的传播系数D（r，z，ρ）。在这种情况下，模型计算得到的是初核和电子的双分量谱，同时由于银盘中D（r，z，ρ）的刚性依赖性较小，次级与初级的比值必然比传统传播模型的计算结果更加平坦。结果表明，在银盘中仅采用空间相关的传播系数D（r，z，ρ），就可以再现质子、电子的光谱硬化以及pbar/p和B/C的平坦比。
2015-09-28 astro-ph.HE
The gluon condensation effect in the cosmic hadron spectra
用胶子凝聚（GC）模型解释了宇宙质子谱和核谱的硬化现象。GC模型指出，在高能阈附近，质子中的大量胶子可以凝聚。结果表明GC效应是一系列异常天体物理现象的共同起源，这些异常天体物理现象包括伽玛射线谱的幂律破缺、正电子谱和电子谱的过剩以及质子谱和核谱的硬化。
2020-07-23 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Secondary cosmic-ray nucleus spectra disfavor particle transport in the Galaxy without reacceleration
对银河系次级族宇宙线（Li、Be、B）通量的精确观测，对我们理解宇宙线的起源和传播具有重要意义。在这里，我们采用最近非常精确的测量这些物种的阿尔法磁谱仪在国际空间站上，连同他们的父母种（C和O），以及收集的数据由旅行者1号航天器以外的日光层和先进的成分探测器，调查宇宙射线在银河系中的传播。我们考虑了宇宙射线在传播过程中的扩散加上再加速或对流效应，发现再加速模型比对流模型能显著更好地拟合数据。我们进一步发现，对于再加速模型，一次粒子和二次粒子的谱硬化可以很好地描述注入硬化，而不包括额外的传播硬化。这是由于再加速效应导致在低能量下次级与初级的比率更陡，因此可以自然地再现次级光谱比AMS-02发现的初级光谱更硬化的事实。
2020-09-17 astro-ph.HE hep-ph
Interpreting correlated observations of cosmic rays and gamma-rays from Centaurus A with a proton blazar inspired model
最近的活跃射电星系半人马座（Cen）A是一个伽马射线辐射源，能量范围在GeV到TeV之间。高能立体系统（H.E.S.S.）和非同步Fermi-LAT观测表明，在几个GeV能量以上，Cen A的γ能谱出现了不寻常的谱硬化现象。就在最近，H.E.S.S.天文台解析了半人马座A中千秒差距（kpc）尺度的喷流，能量为TeV。另一方面，皮埃尔俄歇天文台（PAO）探测到了来自Cen-A的一些超高能宇宙线（UHECR）事件。质子耀变体模型考虑了电子和强子宇宙射线在活动星系核喷流中的加速作用，可以解释从冰立方探测到的活动星系核喷流中观测到的高能中微子和γ射线的重合现象。在这里，我们采用质子耀变体启发模型来解释所观察到的GeV到TeV的伽马射线光谱特征，包括在GeV能量的光谱硬化以及PAO对来自Cen-A的宇宙射线的观测。我们的研究结果表明，该模型可以解释一致的观测到的电磁波谱结合适当数量的UHECR从岑A。
2021-01-30 astro-ph.HE
Klein-Nishina effect and the cosmic ray electron spectrum
辐射能量损失在调节宇宙线电子和/或正电子（CRE）光谱在银河系中传播过程中是非常重要的。特别地，逆康普顿散射（ICS）的Klein-Nishina（KN）效应导致高能电子的效率较低的能量损失，这被预期在传播的电子光谱上留下印记。有人提出，费米-LAT，AMS-02和DAMPE观测到的50 GeV附近的CRE谱硬化可能是由于KN效应。在这项工作中，我们表明，从汤姆森政权的KN政权的ICS的过渡实际上是相当顺利的近似处理相比，在以前的一些作品。因此，所观察到的CRE光谱硬化不能用KN效应来解释。这意味着需要对初级电子谱进行额外的硬化。我们还提供了一个参数化的形式，在较宽的能量范围内的ICS能量损失率的准确计算。
2021-02-09 astro-ph.HE hep-ph
Understanding the cosmic ray positron flux
阿尔法磁谱仪最近对宇宙线正电子通量的精确测量表明，当能量接近1 TeV时，谱线具有明显的软化特征。对这一结果的一种可能的解释是，观察到的特征测量了一种新的硬正电子源的最大能量，这种源可能与暗物质的自湮灭或衰变有关，或者与正电子加速器有关。以$E \simeq 25$ ~GeV为中心的正电子通量的逐渐硬化也可以被理解为跃迁的特征，其中由于二次产生，新的源超过了传统的组件。这种解释简单而有吸引力，但并非独一无二。另一种可能性，即正电子流完全是次级起源，仍然是可行的。在这种情况下，AMS观测到的正电子光谱软化是由能量损失效应产生的，在$e^-$光谱中也应该可以看到类似但不完全相同的结构。事实上，在电子中观察到了与正电子通量的硬化和软化类似的光谱特征，这需要一个一致的解释。精确测量的$e^+$和$e^-$光谱在TeV和多TeV的能量范围是至关重要的，以澄清这个问题。
2019-02-16 astro-ph.HE
Precision Measurement of the Proton Flux in Primary Cosmic Rays from 1 GV to 1.8 TV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station
本文介绍了一种基于3亿个事例的、刚度从1 GV到1.8 TV的初级宇宙射线质子通量的精密测量方法。结果表明，质子通量是平滑的，没有表现出尖锐的刚性结构。给出了通量谱指数随刚度变化的详细情况。光谱指数在高刚度下逐渐硬化。还讨论了太阳的影响。
2016-12-27 astro-ph.HE
Detection of spectral hardenings in cosmic-ray boron-to-carbon and boron-to-oxygen flux ratios with DAMPE
宇宙射线（CR）中的硼核被认为主要是由较重的核（如碳和氧）通过与星际物质碰撞而碎裂产生的。因此，硼碳流量比（B/C）和硼氧流量比（B/O）是CR传播的非常必要的探针。从以前的气球和空间实验的B/C比的能量依赖性可以很好地描述一个单一的幂律高达约1 TeV/n的不确定性。这项工作报告了直接测量的B/C和B/O的能量范围从10 GeV/n到5.6 TeV/n与6年的数据收集的暗物质粒子探测器，具有较高的统计和良好的控制系统的不确定性。B/C和B/O比的能量依赖性可以很好地拟合由一个破碎的幂律模型，而不是一个单一的幂律模型，这表明在两个通量比的光谱硬化在约100 GeV/n的存在。对于B/C和B/O，对于GEANT 4模拟，中断的重要性约为$5.6σ$和$6.9σ$，对于备选FLUKA模拟，中断的重要性约为$4.4σ$和$6.9σ$。这些结果偏离了传统的星际介质湍流理论的预测，指出了不同尺度下星际介质湍流性质的变化或新的CR传播效应，应该适当地纳入反物质粒子间接探测暗物质的研究中。
2022-11-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
X-ray hardening preceding the onset of SGR 1935+2154's radio pulsar phase
研究发现SGR 1935+2154射电脉冲星阶段出现前伴随X射线光谱硬化，表明射电辐射源于外磁层并通过回流粒子加热表面。
2024-09-11 astro-ph.HE
Analyzing Cosmic Ray Spectral Features: A Numerical Investigation
University of Maryland（马里兰大学）
该研究利用GALPROP v57代码，通过含再加速和对流效应的扩散模型，结合参数优化模块，研究宇宙射线多种光谱特征成因，如谱硬化、质子和氦谱软化及正电子过量，通过不同情况拟合并与数据比较，探讨了光谱特征的意义。
2026-07-08 astro-ph.HE
Reconciling the diffuse Galactic gamma-ray and the cosmic ray spectra
大部分银河系GeV的伽马射线辐射是由宇宙射线（CR）质子与ISM质子碰撞产生的。因此，观测到的伽马射线和CR的光谱应该是密切相关的。最近对费米-LAT的观测显示，在人马座和船底座切线之间，伽马射线谱在100 GeV左右硬化，在银河平面上下几度进一步硬化。然而，标准的CR传播模型，假设一个时间无关的源分布和一个位置无关的扩散不能产生一个空间依赖的CR（因此伽马射线）光谱斜率。在这里，我们考虑一个动态的螺旋臂模型中，CR源的分布集中在（动态）螺旋臂，我们研究这种模型的$π^0$衰变产生的γ射线谱的影响。在这个模型中，在银河臂附近，观测到的伽马射线光谱斜率与CR注入光谱和扩散系数的能量依赖性并不无关紧要。我们发现独特的签名，同意费米-LAT的意见。该模型还提供了一个物理解释的差异之间的局部CR光谱斜率和CR斜率推断的平均伽玛射线谱。
2017-01-10 astro-ph.HE
Quantitative study of the hardening in the Alpha Magnetic Spectrometer nuclei spectra at a few hundred GV
宇宙线（CR）核谱中最显著的特征是在几百GV处的谱硬化。了解不同核素的硬化程度是否相同，对于构建CR源和传播模型是很重要的。在这项工作中，我们收集了最近发布的AMS-02 CR主要核素的核谱（质子、氦、碳、氧、氖、镁、硅和铁）、次级物质（锂、铍、硼和氟）和混合物种（氮，钠，和铝），并研究了突变位置和光谱指数差异（小于和大于断裂刚度）的光谱硬化的定量。结果表明，CR核在几百GV处的光谱硬化具有混合起源。具体地说，影响一次和二次CR核谱硬化的主要因素是不同的：前者来自于不同CR源的叠加，而后者来自于传播过程。这两个因素对各种CR核谱都有影响，只是权重不同。
2022-11-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Phase-resolved hard X-ray emission of the high-mass binary LS 5039: a spectral hardening above 50 keV detected with INTEGRAL
目的：LS 5039是一颗神秘的高质量伽马射线双星，拥有一颗强大的O6.5V伴星，但这颗致密天体的性质仍有待于使用多波长观测来确定。研究方法：我们分析了LS 5039的非热发射的相位分辨多仪器光谱，以产生可靠的光谱模型，可以进一步用于在各种场景和理论模型之间进行选择。结果如下：结合相位分辨硬X射线和MeV范围内的伽马射线光谱获得XMM-牛顿，朱雀，NuSTAR，INTEGRAL，和COMPTEL表明一个有意义的光谱硬化50 keV以上。在双星的两个主要阶段观察到的光谱突变可能表明加速轻子光谱中存在硬化，这可能源于O6.5V伴星风与尚未识别的致密物体的相对论流出的相互作用。
2021-08-23 astro-ph.HE
Charged Cosmic Rays: a Review of Balloon and Space Borne Measurements
本文简要地评述了目前有关宇宙线带电轻子的实验数据，包括正电子分数、电子和正电子能谱以及电子+正电子的测量结果。PAMELA和AMS-02对正电子能谱的精确测量及其与电子能谱的显著差异引发了一些理论推测。为了区分不同的解释的“正电子异常”，一个主要的步骤是需要实现一个准确的直接测量的形状的包容性电子光谱超过1 TeV。介绍了已在轨道上的仪器和最近发射的CALET和DAMPE飞行任务沿这一方向正在进行的努力。一个具有挑战性的实验方案，在一个单一的幂律谱的标准范例的差异，出现了宇宙射线带电强子后，发现在200至300 GV的区域（CREAM，PAMELA，AMS-02）和观察到的锂谱中的一个可能的突破质子和他的刚性谱的不一致硬化AMS-02。另一个难题来自于明显违反谱指数的普遍性，即He和质子谱在~100 GV以上逐渐硬化，具有类似的刚性依赖性，但He谱比质子谱硬。次级与初级比和同位素通量比提供了对传播机制微妙性的洞察，并测试了星系中宇宙射线加速和传播模型的内在一致性。关于比铁重的原子核丰度的重要补充信息来自SuperTIGER等专用球载仪器或L1处的ACE等天基飞行任务，这些飞行任务首次测量了初级“宇宙射线钟”。本文件最后对今后的访问作了简要概述。
2017-04-02 astro-ph.HE
Observation of a spectral hardening in cosmic ray boron spectrum with the DAMPE space mission
本文利用DAMPE八年数据测量10 GeV/n至8 TeV/n的宇宙射线硼谱，发现其在182 GeV/n处显著硬化，指数变化0.31，硬化幅度约为初级谱两倍，支持传播相关机制解释。
2024-12-18 astro-ph.HE hep-ex
AMS-02 positron excess: new bounds on dark matter models and hint for primary electron spectrum hardening
由ATIC、CREAM和PAMELA收集的数据都显示出在磁刚度$\sim$ 240 GV以上显著的宇宙射线核谱硬化。一个自然的推测是，初级电子谱也会变硬（可能在$\sim 80$ GV），而这种硬化部分地解释了ATIC、HESS和费米-LAT发现的电子/正电子总谱过剩。如果是这样的话，随后的正电子-电子比的增加行为将变得平坦，并且在电子/赝电子数据的联合拟合中应考虑谱硬化，否则推断的参数将有偏差。我们的联合适合最新的AMS-02正电子分数数据与PAMELA/费米-LAT电子/正电子谱数据表明，初级电子谱硬化是需要在大多数，但不是所有的建模。对暗物质模型的边界也进行了研究。在原电子的光谱硬化的存在下，在建模中所需的暗物质起源的电子/正电子对的量较小。即使有这样的修改，湮灭通道$χχ\rightarrow μ^{+}μ^{-}$已严格限制费米-LAT银河系的漫发射数据。发现衰变通道$χ\rightarrow μ^{+}μ^{-}$是可行的。
2013-06-20 astro-ph.HE hep-ph
Measurement of the cosmic ray energy spectrum with IceTop-73
我们报告的测量全粒子宇宙线的能量范围从1.58 PeV到1.26 EeV的冰顶空气簇射阵列的能谱。冰顶空气簇射阵列是冰立方中微子天文台位于南极的表面组件。仅使用IceTop的信息进行分析。本研究中使用的数据取自2010年6月1日至2011年5月13日。在此期间，冰顶阵列由73个站组成，而最终配置为81个。所测得的光谱表现出明显的偏离一个单一的幂律以上的膝盖约4PeV和低于1EeV。我们观察到光谱硬化约18 PeV和陡峭约130 PeV。
2013-07-14 astro-ph.HE
Anomalous Galactic Cosmic Rays in the Framework of AMS-02
质子和氦核是宇宙辐射中最丰富的成分，它们的宇宙射线能谱在能量超过100 GeV/核子时表现出显著的硬化。AMS-02的最新数据证实了这一特征，具有更高的意义。这一数据挑战了目前银河系源中宇宙射线加速和在银河系中传播的模型。在这里，我们解释了所观察到的质子和氦核的光谱中的宇宙射线扩散理论在湍流天体物理源的最新进展，作为不同的宇宙射线扩散制度之间的过渡的结果。我们利用从正常扩散到超扩散的转变改变了粒子加速的效率并引起谱指数的变化这一事实重建了观测到的宇宙线谱。我们发现，计算的质子和氦谱与数据吻合得很好。
2016-12-19 astro-ph.HE
Testing the Origin of High-Energy Cosmic Rays
最近由ATIC-2、CREAM和PAMELA对宇宙射线（CR）质子和原子核进行的精确测量揭示：a）CR物质的光谱在每核子几百GeV以上出现了意想不到的光谱硬化，b）He的光谱比质子更硬，c）CR光谱在破缺能以下软化。这些新发现的特征可能为观察到的高能银河系CRs的起源提供线索。我们讨论了这些光谱特征的可能解释，并在不同的唯象情景中对次级CR通量和次级与初级比率、CR的各向异性和弥漫银河系γ射线发射进行了预测。我们的预测可以通过目前正在进行的或不久的将来的高能天体物理学实验来检验。
2012-05-15 astro-ph.HE
Nearby SNR: a possible common origin to multi-messenger anomalies in spectra, ratios and anisotropy of cosmic rays
在过去的几年中，观测到了多信使异常，包括原子核、轻子、$\bar p/p$和B/C比值的光谱硬化或过剩，以及各向异性反转。AMS-02实验还揭示了正电子和电子在284 GeV和TeV以上的不同光谱断裂。人们自然会问，所有这些异常现象是否都源于一个统一的物理场景。在这项工作中，空间相关的传播（SDP）与附近的SNR源，以重现上述异常。SNRs周围可能存在致密的分子云（DMC），次级粒子可能是加速的初级宇宙射线与DMC发生碰撞或碎裂而产生的。其结果是，可以很好地再现一次粒子、二次粒子以及$B/C$和$\bar p/p$的比率的光谱硬化。由于在源年龄为330 kyrs时的能量损失，从测量结果中暗示出初级电子的特征谱断裂在约1 TeV处。来自带电π介子的次级正电子和电子从其母粒子吸收$5\%$能量，因此正电子能谱在$\sim$ 250 GeV处截止。因此，正电子和电子的不同谱折以及其他异常可以在这个统一的物理方案中实现。更有趣的是，我们还获得了Li，Be，B等次级粒子在5 TV处的光谱截止等特征结构，这可以用来验证我们的模型。我们希望这些标记的结构可以在未来的新一代星载实验HERD观测。
2022-12-12 astro-ph.HE
Origin of the Cosmic Ray Galactic Halo Driven by Advected Turbulence and Self-Generated Waves
银河系宇宙射线传输的扩散范例是我们理解这些高能粒子起源的核心。然而，值得回顾的是，星际介质中扩散系数的标准化、能量依赖性和空间范围是根据数据拟合的，通常不是从更基本的原理推导出来的。在这里，我们讨论的情况下，宇宙射线的扩散特性来自波的自生成和平流的银河系盘，其中的宇宙射线的源被假定位于相结合。我们第一次表明，晕自然产生于这些现象，与几个千秒差距的大小，兼容的值，通常最适合观察宇宙射线扩散的简单参数方法。我们还表明，在这样一个晕的结果在硬化的初级宇宙射线在~300 GV的光谱中的运输。
2018-07-10 astro-ph.HE
Galactic Cosmic-Rays in a Breeze
我们研究的方案中，费米泡形成通过银河系中心外流的气体和预加速宇宙射线（CR）。我们考虑到CR能量损失由于质子-质子相互作用与气泡中存在的气体，并计算相关的伽马射线发射。我们发现，CR扩散和平流内的微风外流的结果在一个近似平坦的表面亮度轮廓的γ射线发射，费米卫星观测。最后，我们应用类似的流出轮廓较大的银河中心半径，并调查其对CR光谱和硼碳比的影响。硬化可以出现在光谱中，即使在盘和晕中具有相等的CR扩散系数的情况下。
2017-10-30 astro-ph.HE
Cosmic-ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV$/n$ to 3.8 TeV$/n$ with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station
我们提出的测量宇宙射线中的硼通量的能量依赖性和它的比例的碳通量\textcolor{black}{in an energy interval from 8.4 GeV$/n$ to 3.8 TeV$/n$}的基础上收集的数据的量热电子望远镜（CALET）在$\sim 6.4$年的操作在国际空间站。碳的能量谱的更新也提出了增加的统计比我们以前的测量。所观察到的硼通量显示出光谱硬化在相同的过渡能量$E_0 \sim 200$ GeV $/n$的C谱，虽然B和C通量有不同的能量依赖性。在$25 < E < 200$ GeV $/n$范围内，B谱的谱指数为$γ= -3.047\pm0.024$. B光谱通过$Δγ_B=0.25\pm0.12$硬化，而C光谱变化的最佳拟合值是$Δγ_C=0.19\pm0.03$。B/C通量比与$0.09\pm0.05$的硬化相容，尽管考虑到当前的统计不确定性，不能排除单一的幂律能量依赖性。B/C比能量依赖性的突破将支持AMS-02最近的观测结果，即次级宇宙射线比初级宇宙射线表现出更强的硬化。我们还进行了一个适合的B/C比与漏盒模型的宇宙射线在银河系中的传播，以探测一个可能的剩余值$λ_0$的平均逃逸路径长度$λ$在高能量。我们发现我们的B/C数据与$λ_0$的非零值兼容，这可以解释为宇宙射线在加速区域内穿过的物质的列密度。
2022-12-15 astro-ph.HE
