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
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
Inverse problem for extragalactic transport of ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线在充满背景辐射的膨胀宇宙中传播过程中，其能谱和成分是不断变化的。我们开发了一个数值代码的宇宙线输运方程的反问题的解决方案，可以确定平均源谱的不同的核在地球上观测到的宇宙线光谱。采用这种方法，质子和铁原子核的注入谱在河外源被发现，假设只有这些物种在源加速。利用俄歇实验数据和望远镜阵列+ HiRes实验的组合数据对该方法进行了说明。
2015-03-16 astro-ph.HE
Extragalactic cosmic rays
本文回顾了超高能宇宙线物理的研究现状，在介绍了主要的实验结果和可能的解释之后，讨论了超高能宇宙线源的观测和理论限制。我还简要地评论了磁场的作用。结合这些限制，我认为，明亮的和众多的活动星系核类型的FR-I和塞弗特星系，或者超新星，是最有前途的UHECR源。最后，在结束之前，我简要介绍了会议上提出的几个模型。
2022-01-12 astro-ph.HE
Contribution of Cosmic Rays from Sources with a Monoenergetic Proton Spectrum to the Extragalactic Diffuse Gamma-Ray Emission
讨论了对地面阵列记录的粒子通量有微小贡献的超高能（E > 4 × 10^19 eV）宇宙射线的河外源。我们表明，从这样的源的宇宙射线可以产生一个显着的扩散伽马射线通量在星系际空间相比，费米LAT（机载费米空间天文台）获得的数据。一种可能的类型的活动星系核（AGN），其中宇宙射线质子可以被加速到1021 eV的能量被认为是这样的源的说明。我们的结论是，来自活动星系核的超高能宇宙射线对河外弥漫伽马射线辐射有重要贡献。此外，一个约束的分数正在考虑中的活动星系相对于BL Lac对象和射电星系已获得从比较与费米LAT数据。
2018-12-30 astro-ph.HE
Effects of the galactic magnetic field upon large scale anisotropies of extragalactic Cosmic Rays
到达地球的河外宇宙射线的到达方向的大尺度模式不同于通过银河磁场传播而到达银河晕的通量的到达方向。在这个过程中有两种不同的影响：轨道的偏转和（去）加速的电场组件由于银河系的旋转。宇宙线轨迹的偏转使得从某个方向到达晕的通量强度看起来是从另一个方向到达地球的。这适用于河外分布中的任何固有各向异性，或者甚至在没有固有各向异性的情况下，也适用于当观察者相对于宇宙射线静止坐标系移动时引起的偶极康普顿-吉丁各向异性。对于一个随太阳系运动的观测者来说，穿过银河系遥远区域的宇宙射线也会受到来自本地系统的相对运动（由于银河系的旋转）的电力，其中的场可以被认为是纯磁性的。这会产生粒子动量的微小变化，即使是各向同性的河外通量也会产生大尺度的各向异性。
2010-09-29 astro-ph.HE
Cosmic rays: extragalactic and Galactic
通过对高能粒子流$E>3\cdot 10^{18}eV$的分析，表明河外射线功率密度随能量的分布符合幂律分布${\bar q}(E)\propto E^{-2.7}$，其$2.7$指数与银河宇宙射线在所谓“膝”前的分布$E<3\cdot 10^{15}eV$相同。然而，河外源的平均功率，这是${\cal E}\simeq 10^{43}erg \,s^{-1}$，至少两个订单超过宇宙射线由银河系发射的功率，假设星系的密度估计为$N_g\simeq 1 Mpc^{-3}$。考虑到这种能量可以由活动星系核的相对论喷流提供，其能量为${\cal E}\simeq 10^{45} - 10^{46} erg \, s^{-1}$，我们估计河外宇宙射线源的密度为$N_g\simeq 10^{-2}-10^{-3}\, Mpc^{-3}$。假设银河射线和河外射线具有相同的性质，我们得出结论，银河射线是由银河系中心在过去活动期间发射的相对论喷流产生的。两极喷流的残余物现在以相对论性气体气泡的形式出现在银河平面的上方和下方。在银河系射线的光谱中观察到的断裂（“膝盖”），可以用高能粒子$E>3\cdot 10^{15}eV$从银河系中的快速逃逸来解释，因为宇宙射线的扩散系数依赖于能量$D\propto E^{0.7}$。所获得的粒子密度分布指数与能量的关系，$N(E)\propto E^{-2.7-…
2014-06-25 astro-ph.HE
Iron Nuclei with Energy of 10^19 eV in Extragalactic Cosmic Rays Near Earth
Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences（列别捷夫物理研究所，俄罗斯科学院）
本文研究能量为10^19 eV的河外宇宙射线中铁核的比例，发现即使源红移达0.2，未碎裂到达地球的铁核占比仍约10%，表明远距离源贡献显著。
2026-09-15 astro-ph.HE
The problem of escape: a missing bit in the theory of the origin of cosmic rays
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利天体物理学研究所阿切尔蒂天文台）
探讨宇宙射线逃逸这一非线性过程及复杂事件链，其常被忽视，却对宇宙射线相关特性有重要影响，通常靠特设边界条件建模，本文讨论这些现象及对地球测量的宇宙射线光谱的影响。
2026-07-08 astro-ph.HE
Anisotropies of ultra-high energy cosmic rays diffusing from extragalactic sources
我们得到了从河外源附近扩散的超高能宇宙射线到达方向的偶极各向异性。我们讨论的能量制度的空间扩散和准直线的一个导致只是角扩散在较高的能量。我们从一个单一的来源，使用两种不同的数值模拟验证的各向异性得到解析结果。对于一个方案与几个源在本地超星系团（与最近的源在一个典型的距离为几到几十Mpc），我们讨论了可能的过渡的情况下，其中各向异性占主导地位的几个源的能量低于几个EeV的制度，其中许多来源的贡献在较高的能量之间的情况。还讨论了非各向同性源分布的影响，表明它可以显着影响所观察到的偶极子。
2013-12-04 astro-ph.HE
Cosmic Ray Anisotropy as Signature for the Transition from Galactic to Extragalactic Cosmic Rays
通过计算银河系源发射的宇宙射线在地球上的各向异性，我们限制了从银河系到河外宇宙射线跃迁的能量。由于扩散近似在E/Z >~ 10^（16-17）eV时开始失效，我们使用银河系磁场模型并考虑其规则和湍流分量来传播单个宇宙射线（CR）。湍流场是在嵌套网格上生成的，该网格允许空间分辨率下降到秒差距的几分之一。假设银河系的CR源足够频繁，那么对于大部分较轻或中等的主要成分计算出的偶极子振幅超过了俄歇合作组在E ~ 10^18 eV附近测量到的偶极子边界。因此，在踝关节或以上的过渡将需要一个沉重的成分或一个相当极端的银河磁场强度>~ 10 μ G。此外，KASCADE-Grande的数据表明，在10^17 eV和10^18 eV之间的快速上升的质子贡献应该是河外起源的。如果重核在E >~ 10^18 eV处占主导地位，那么跃迁能量可以接近脚踝，如果银河系CR是由足够频繁的瞬变产生的，例如磁星。
2012-07-16 astro-ph.HE
The transition from Galactic to extragalactic cosmic rays: the high-energy end of the Galactic spectrum
为理解局域宇宙线能谱，本文回顾0.1 - 10×10¹⁸ eV范围内银-河外宇宙线转变的多种模型，指出银河系成分的高能端信息对该转变研究至关重要，并简述其最佳潜在源预期的能谱高能部分。
2024-11-26 astro-ph.HE
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子产生的UHECR的扩散通量，并推导出可能的宇宙学演化的UHECR源的约束。特别是，我们表明，在\citet{Globus2015b}中考虑的混合组合物的情况下，这是在协议（i）俄歇测量的能谱和组成的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光组件中检测到的卡斯卡德-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。我们还讨论了未来实验的可能性，以检测相关的宇宙成因中微子和进一步限制的UHECR模型，包括可能的次主导UHECR质子源。
2017-04-03 astro-ph.HE
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子在UHECR传播过程中产生的扩散通量，并推导出UHECR源的可能的宇宙学演化的约束。特别是，我们表明，混合成分的情况下，这是在协议（一）俄歇测量的能谱和成分的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光分量中检测到的KASCADE-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。
2017-07-04 astro-ph.HE
Extragalactic cosmic rays diffusing from two populations of sources
我们认为，解释所观察到的光谱和组成的宇宙射线与能量以上$10^{17}$ eV的两个不同的河外人口的源在存在的湍流星系际磁场（包括也衰落银河宇宙射线组件）的可能性。布居被认为是具有刚性依赖谱的不同核素的叠加。第一个河外星族在$10^{17}$至$10^{18}$ eV的能量范围内占主导地位，由具有相对较大密度（$> 10^{-3}$ Mpc $^{-3}$）和陡峭光谱的源组成。第二个河外族群在几个EeV以上的宇宙线通量占主导地位，它有一个更硬的光谱斜率，并在几个$Z$ EeV（其中$eZ$是相关的宇宙线电荷）处有一个高能截止。这个群体具有较低的源密度（$<10^{-4}$ Mpc $^{-3}$），因此典型的源间分离大于几十Mpc，受到磁视界效应的显著影响，该磁视界效应强烈抑制能量低于$\sim Z$ EeV的通量。我们将讨论如何这种情况下可以调和的宇宙射线源光谱指数，预计将导致从扩散冲击加速机制的值。
2020-05-24 astro-ph.HE
Extragalactic Propagation of Ultra-High Energy Cosmic Rays
在发现宇宙射线和各种实验努力100多年后，超高能宇宙射线（E > 100 PeV）的起源仍然不清楚。宇宙中高能粒子的产生和传播效应是高能天体物理研究的热点之一。随着过去几年中开发的先进模拟引擎的出现，以及实验数据的增加，我们现在处于一个独特的位置，可以以前所未有的精度对源和传播参数进行建模，并将其与大型观测站的测量数据进行比较。本文回顾了宇宙射线在光子背景和磁场中最重要的传播效应，并介绍了传播码的最新发展。最后，通过与实验数据的比较，给出了可能的天体物理参数的含义。
2014-09-20 astro-ph.HE
Nearby sources in the transition region between Galactic and Extragalactic cosmic rays
在这篇论文中，我们提出了一种可能的解释，即在膝盖和脚踝之间的所有粒子谱中存在一个显著的精细结构，以及最近在通卡133和卡斯卡德格兰德实验中测量到的10^17 eV附近的高含量重核。在这个模型中，Ia型超新星的宇宙射线的产生提供了在膝盖周围观测到的宇宙射线（CR）通量。从所有粒子谱中减去这些源的贡献，我们得到了银河系和河外CR之间过渡区的CR剩余通量，范围为10^17-5 10^18 eV。得到的光谱在能量（2-3）10^17 eV处也有一个明显的拐点，斜率g1 ~ 1.8+-0.3和g2 ~3.4。我们分析了已知的银河系源的可能贡献，发现在形式上对过渡区有显著贡献的最佳候选者是Cas A。该源具有许多不寻常的特性，被认为是IIb型SNR。然而，我们发现，从10^17 eV开始的CR河外起源的假设似乎更现实。
2013-03-15 astro-ph.HE
Escape of cosmic rays from perpendicular shocks in the interstellar magnetic field
研究了星际介质中球形激波从垂直激波区逃逸的过程。超新星遗迹（SNRs）的垂直激波中的扩散激波加速被认为可以在没有上游磁场放大的情况下将宇宙射线（CR）加速到PeV量级。我们估计了由从垂直激波区逃逸所限制的CR的最大能量。通过进行测试粒子模拟，我们证实了理论估计，表明逃逸限制的最大能量在垂直冲击是几个10 TeV的典型Ia型信噪比。因此，为了使ISM中的SNR将CR加速到PeV级别，需要上游磁场放大。几个10 TeV的特征能量标度可能是最近的直接CR观测报告的10 TeV附近的光谱突变的起源。此外，我们还发现，在自由膨胀阶段，快速的垂直激波加速作用在整个激波表面的约20%的面积上，这比超光速激波区的大小要大。我们还讨论了CR电子从垂直激波中的逃逸。
2021-10-01 astro-ph.HE
Ultra-high energy cosmic rays and the extragalactic gamma ray flux
超高能宇宙射线与宇宙中的辐射场相互作用，产生电磁级联，导致河外伽马射线通量，可探测到约100 GeV。最近费米-LAT对河外伽马射线通量的精确测量，加上对各种类型活动星系核背景的估计，可以对级联分量设定限制。通过与预测的比较，并作出各种假设，即采用特定的模型，可以对超高能粒子可以加速的最大能量设定限制。如果我们的模型是正确的，最大能量不太可能超过100 EeV，反过来，在测量的超高能谱中明显的“GZK”截止可能是由于内在的出射粒子谱的下降。然而，由于所涉及的许多参数的不确定性，目前还不可能武断地作出结论。我们已经使用了最近的参数范围的估计，并发现，虽然我们的模型的参数在允许的范围内的不确定性是如此之大，我们的结果是不唯一的，虽然该方法是令人满意的。因此，到目前为止，结果只能被视为一种指示。
2014-04-05 astro-ph.HE
Escape of cosmic rays from the Galaxy and effects on the circumgalactic medium
预计从银河系逃逸的宇宙射线将塑造银河系内部的光谱。然而，人们对这种现象的了解非常少，在缺乏物理描述的情况下，它通常被建模为从给定边界的自由逃逸，通常位于距离银河系圆盘几kpc的距离。我们表明，自由逃逸的假设导致的结论是，在环星系介质中传播的宇宙射线电流是负责非共振宇宙射线引起的不稳定性，这反过来又导致产生的磁场强度$\sim 2\times 10^{-8}$高斯尺度$\sim 10$ kpc我们的银河系周围。自生扩散在粒子压力中产生大的梯度，引起星系际介质以$\sim 10-100$ km/s的速度位移。然后，宇宙射线被平流带走。如果在我们银河系周围一个$\sim 10$ kpc大小的区域中，星系际气体的过密度相对于宇宙学重子密度$Ω_{b}ρ_{cr}$为$\gtrsim 100$，那么由于π介子产生而产生的高能中微子通量就可以与冰立方最近测量的天体物理中微子通量相比较。
2019-01-11 astro-ph.HE
Cosmic Ray Origin: Lessons from Ultra-High-Energy Cosmic Rays and the Galactic/Extragalactic Transition
我们研究银河宇宙射线（GCR）的起源问题，根据光谱最高能量端的数据。我们认为，皮埃尔俄歇天文台和卡斯卡德-格兰德实验的数据表明，银河系和河外成分之间的过渡发生在脚踝的能量在全粒子宇宙射线谱，并在能量的顺序为$10^{17}$ eV的质子。银河系质子如此高的能量似乎很难与一般的观点相一致，即GCR是由单个超新星遗迹（SNRs）的前向激波的标准扩散激波加速过程加速的。我们还审查了各种困难的标准SNR-GCR连接，有关轻元素丰度的演变和显着的同位素异常。我们指出，银河系中超新星注入的大部分能量实际上是在超级气泡中释放的，因此这可能在宇宙射线的起源中发挥重要作用，并且可以以一种相当自然的方式解决标准SNR-GCR场景中的一些持续问题。
2014-10-09 astro-ph.HE
High Energy Gamma Rays from Nebulae Associated with Extragalactic Microquasars and Ultra-Luminous X-ray Sources
微类星体和超亮X射线源（ULX）是位于星系核外的高能致密天体。其中一些天体与膨胀的气泡有关，其速度为80-250 ${\rm km~s^{-1}}$。我们研究了这些膨胀星云中粒子的冲击加速度。膨胀速度快的星云$\gtrsim120~{\rm km~s^{-1}}$能够将宇宙射线加速到$\sim100$ TeV。如果10%的冲击动能用于粒子加速，像NGC 7793中的微类星体S26这样的强大星云将发射出高达几十TeV的伽马射线，光子指数为$\sim2$。考虑到切伦科夫望远镜阵列的灵敏度和角分辨率，这些星云将是未来观测的好目标。它们也会在$\ge0.1~{\rm GeV}$的未分辨宇宙伽马射线背景辐射中贡献$\sim7$ %。相比之下，在缓慢膨胀的星云$\lesssim120~{\rm km~s^{-1}}$中，由于离子与中性粒子的碰撞，粒子加速的效率较低，导致$\gtrsim10$ GeV的光谱较软。
2017-01-31 astro-ph.HE
Variability along the Blazar-Sequence - Hints for extragalactic Cosmic Rays?
利用自洽的含时轻强子混合辐射模型，研究了Blazar序列中几个Blazar（Mkn 501，1 ES 2344+51.4，PKS 2155-30.4，1 ES 1218+30.4，3C454.3）的光谱能量分布和变率。列表中的BL Lac天体成功地用纯轻子辐射过程（本质上是同步加速器自康普顿辐射）建模，而平谱射电类星体则需要高度相对论性的强子存在于喷流中。利用可变性，以及与我们的模型，以区分自康普顿和强子伽马辐射利用其不同的签名在光变曲线。因此，z > 0.5的活动星系核是河外宇宙射线源的最佳候选者，因为高峰值BL Lac天体似乎不会将质子加速到热能量以上。此外，在物体建模过程中发现的参数与例如超光速运动或典型变化时间尺度的观测非常一致。
2011-09-09 astro-ph.HE
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
Centaurus A: the one extragalactic source of cosmic rays with energies above the knee
所有能量的宇宙射线的起源仍然不确定。在本文中，我们提出并探讨了一个天体物理方案，以产生宇宙射线的能量范围从低于$10^{15}$ $3 \times 10^{20}$ eV。我们在这里表明，只有我们的银河系和射电星系Cen A，每个都有自己的银河系宇宙射线粒子，但那些来自射电星系的能量被活跃的黑洞发出的喷流中的相对论激波推高，足以描述能量范围PeV到接近ZeV的最新数据。在这整个能量范围内的数据可从实验卡斯卡德，卡斯卡德-格兰德和皮埃尔俄歇天文台。这里计算出的能谱正确地再现了膝盖以外的测量光谱，与广泛持有的预期相反，不需要其他河外源人口来解释数据，即使在能量远低于一般截止预期在$6 \times 10^{19}$ eV，格赖森-扎采平-Kuzmin关闭由于与宇宙学微波背景的相互作用。我们提出了几个预测的源人口，宇宙射线的组成和传播到地球，可以在不久的将来进行测试。
2012-01-30 astro-ph.HE
Cosmic ray escape from supernova remnants
银河系的宇宙射线被认为是在超新星遗迹中通过扩散激波加速而被加速的。虽然这一机制对在激波处加速的粒子的光谱给出了相当可靠的预测，但最终注入星际介质的宇宙射线的光谱则更加不确定，并取决于粒子从激波逃逸过程的细节。了解这些逃逸粒子的光谱形状对于评估超新星遗迹范式对宇宙射线起源的有效性至关重要。此外，从超新星遗迹逃逸后，宇宙射线与周围的气体相互作用，在遗迹附近产生伽马射线。对这种辐射的探测可以作为超新星遗迹在过去确实加速了宇宙射线这一事实的间接证据。
2011-08-24 astro-ph.HE
Galactic and Extragalactic Sources of Very High Energy Gamma-rays
极高能量的γ射线是非热宇宙最重要的信使之一。甚高能γ射线天文学的主要目的是寻找高能宇宙射线源。已知有几种天体物理源在极端条件下将宇宙射线加速到非常高的能量。极高能量的γ射线是在这些天体物理场所或其附近，通过宇宙射线在靠近源的周围介质中相互作用而产生的。伽马射线是中性的，沿直线传播，因此给我们提供了关于宇宙射线源及其周围环境的有价值的信息。此外，甚高能γ射线天文学可以探索许多基本物理问题。地基γ射线天文学始于1989年，当时惠普尔望远镜探测到来自银河系脉冲星风星云蟹状星云的TeV γ射线。在过去的二十年里，技术进步促进了最新一代甚高能量探测器和望远镜的发展，这些探测器和望远镜取得了令人兴奋的新成果。到目前为止，已经探测到超过200个非常高能量的γ射线源，包括银河系和银河系外的。这些观测为高能天体物理和天体粒子物理中的许多重要问题提供了更深入的见解。这篇评论文章试图列举在令人兴奋和迅速发展的甚高能γ射线天文学领域中最重要的结果。
2022-01-18 astro-ph.HE
Extragalactic magnetic field constraints from ultra-high-energy cosmic rays from local galaxies
我们解释了本地恒星形成星系的位置和超高能宇宙射线（UHECR）的方向，最近发现的皮埃尔俄歇天文台（PAO），在物理参数：本地源的密度和磁场管理的UHECR传播的相关性。我们包括一个随机河外磁场描述的顶部银河系磁场模型，以确定从源位置合奏预期的UHECR偏转水平。除了在磁场偏转，我们还考虑到能量损失与背景光子场以及光谱和成分测量的PAO。我们发现PAO各向异性测量和本地恒星形成星系密度之间的一致性大的河外磁场强度与$B > 0.2 \ \rm nG$（相干长度为$1 \ \rm Mpc$）在$5σ$的置信水平。更大的源密度导致更各向同性的背景，因此允许较弱的河外磁场。然而，以如此丰富的资源加速UHECR的发展更具挑战性。另一方面，太大的源密度和河外磁场强度也是不利的，因为这会降低预期的各向异性水平。这导致$B < 22 \ \rm nG$和$ρ_0 < 8.4 \cdot 10^{-2} \ \rm Mpc^{-3}$的上限为90\ %置信水平。
2021-12-06 astro-ph.HE
Large-scale anisotropies of extragalactic cosmic rays below the ankle
我们研究的各向异性的大角度尺度上，它可以存在于从人口的河外源到达地球的宇宙射线的通量，专注于第二个膝盖和脚踝之间的能量范围。在这个能量范围内，粒子受到银河系磁场的显著影响，然后在塑造预期的各向异性方面发挥相关作用。银河系磁场使宇宙射线的轨迹发生偏转，从而改变了银河系晕外的各向异性，特别是与观测者的平移运动有关的偶极各向异性（康普顿-吉丁效应）。此外，由于银河系的旋转，在地球观测者的参考系中，有一个银河场的电子分量，它会产生粒子动量的微小变化。这种加速依赖于宇宙射线的到达方向，因此在给定的能量范围内，它会导致观测到的通量的各向异性。我们分析了预期的振幅和相位所产生的偶极分量的流量和讨论的可能性，以解释通过这些影响的变化，在1 EeV左右的能量观察到的相位的赤经分布。
2022-11-16 astro-ph.HE
The Physics of UHECRs: Spectra, Composition and the Transition Galactic-Extragalactic
本文结合天体物理源的理论设想，综述了超高能宇宙射线的通量和质量组成的实验证据。在这种情况下，我们还讨论了预期的过渡之间的宇宙射线产生的银河系内部和那些来自星系际空间。
2017-06-05 astro-ph.HE
Interactions of Cosmic Rays around the Universe. Models for UHECR data interpretation
超高能宇宙射线（UHECR）预计将在天体物理源中加速，并在撞击地球大气层之前穿过河外空间。它们既与源中的环境相互作用，又与它们遇到的星系际光子场相互作用，根据原子核静止坐标系中的光子能量，在不同尺度上引起不同的过程。UHECR相互作用对河外背景光谱和光致衰变模型中的不确定性很敏感。
2017-05-11 astro-ph.HE
Gamma-rays from Blazars and the Extragalactic Background Light
最近对耀变体的高能（HE，0.1-100 GeV）和甚高能（VHE，>0.1 TeV）观测提供了对弥漫的河外背景光（EBL）的强度和光谱的重要限制，揭示了其主要来源。然而，仍有一些问题尚未解决，特别是在中红外和远红外波段以及多TeV能量的blazar辐射。本文综述了伽玛射线电子束层研究的观测和理论进展，以及未来最有前途的改进，主要是从多TeV范围内的光谱。
2013-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic-ray acceleration and escape from post-adiabatic Supernova remnants
已知超新星遗迹会加速宇宙射线，因为它们会发射非热的无线电波、X射线和伽马射线。虽然有许多关于超新星遗迹中宇宙射线加速的模型，但宇宙射线从这些来源的逃逸还没有得到充分的研究。我们使用我们的含时加速程序RATPaC来研究宇宙射线的加速和它们在后绝热超新星遗迹中的逃逸，并计算了随后由逆康普顿散射和π介子衰变产生的γ射线辐射。我们进行了球对称的1-D模拟，其中我们同时解决运输方程的CR，磁湍流，热等离子体的流体动力学流动在一个足够大的体积，以保持所有的CR在模拟。通过宇宙线梯度和宇宙射线的空间扩散系数耦合了宇宙线和磁湍流的输运方程，而宇宙线对激波结构的反馈可以忽略。我们的模拟跨度100 kyrs，从而涵盖了残余物的演变，直到开始的后绝热阶段。在演化的后期阶段，能量范围很广的宇宙射线可以驻留在残骸之外，产生比标准DSA预测的更软的光谱，并在10-100 GeV范围内出现特征断裂。释放到星际介质中的宇宙射线的总光谱在大约10 GeV以上的光谱指数为s~2.4，这接近银河系传播模型所需的光谱指数。我们进一步发现，伽马射线的亮度在4,000年左右达到峰值，这是逆康普顿主导的高能发射。在低密度介质中膨胀的残余物通常会发出更多的逆康普顿辐射，这与已知最明亮的超新星遗迹-RCW 86，Vela Jr，HESSJ 1731 -347和RXJ1713.7-3946 -都在低密度环境中膨胀的事实相匹配。
2019-12-03 astro-ph.HE
Extragalactic cosmic ray self-confinement around sources
大多数超高能宇宙射线起源的模型都依赖于河外发光源的存在。宇宙射线逃逸源所在的星系产生足够大的电流，以证明由这种电流引起的等离子体不稳定性的调查。最有趣的是激发模式，导致产生磁扰动，可能散射粒子，从而阻碍它们的逃逸，或至少改变逃逸宇宙射线的传播模式。我们认为，自我生成的波可能会迫使宇宙射线被限制在源附近的能量$E\lesssim 10^{7} L_{44}^{2/3}$ GeV的低背景磁场（$B_{0}\ll nG$）。对于较大的$B_{0}$值，宇宙射线被限制在能量为$E\lesssim 2\times 10^{8} λ_{10} L_{44}^{1/4} B_{-10}^{1/2}$ GeV的源附近，其中$B_{-10}$是以$0.1$ nG为单位的场，$λ_{10}$是以10 Mpc为单位的相干长度，$L_{44}$是以$10^{44}$ erg/s为单位的源光度。
2015-08-19 astro-ph.HE
$γ$-Cygni supernova remnant in $γ$-rays: signatures of trapped and escaped Cosmic Rays
本文重新分析天鹅座γ超新星遗迹的15年费米数据，用强子场景解释两个延展源能谱差异源于逃逸与被俘获宇宙线的分子云质量比不同，并论证脉冲星晕存在可能性低但无法完全排除。
2025-07-05 astro-ph.HE
Time-dependent escape of cosmic rays from supernova remnants potentially at the origin of the very-high-energy cosmic-ray gradient of the Galactic center
用HE.S.S.表明存在明显的宇宙射线（CR）梯度峰值在银河系中心（GC）。以前的研究表明，这些数据是一致的情况下，CR扩散远离一个固定的源在GC。我们以前表明，考虑到三维气体分布和超新星爆炸的实际分布，在超新星遗迹（SNR）中加速的CR应该占H.E.S.S.观测到的GC CR的很大一部分;但是该模型没有完全再现内部30 μ c中的表观过密度。在这项工作中，我们研究的时间-能量依赖的宇宙射线逃逸的残余物，预计将发生时，冲击波在周围介质中减速。我们表明，由此产生的CR分布遵循H.E.S.S.更近了主要的特征是，依赖于能量的逃逸产生了伽马射线发射的形态与能量的强烈依赖性。这种能量依赖性的存在应该可以通过切伦科夫望远镜阵列观察到。
2020-10-31 astro-ph.HE
Effects of extragalactic magnetic field on the spectra of ultra-high-energy cosmic rays from jetted sources
本研究通过数值模拟极高能宇宙射线在磁化宇宙中的传播，首次证明在特定条件下，喷流发射几何结构（如张角与朝向）对塑造单个源的观测能谱具有决定性作用，揭示了发射几何与磁场相互作用对能谱的影响。
2025-11-05 astro-ph.HE
Time-Dependent Escape of Cosmic Rays from Supernova Remnants, and their Interaction with Dense Media
上下文超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线的主要来源。在SNR的演变过程中，大部分CR被限制在SNR壳内。最高能量的粒子不断地离开系统，而剩余的冷却粒子则在SNR充分膨胀和减速时被释放出来，这样激波处的磁场就不再能够限制它们了。从母体系统逃逸出来的粒子可能会与附近的分子云相互作用，通过π介子衰变产生$γ$ -射线。然而，观察到的软伽马射线光谱与分子云相互作用的一些SNR，挑战目前的非线性粒子加速理论，预测更硬的光谱。目标。我们研究逃逸粒子的光谱如何依赖于随时间变化的加速历史，在类型Ia和核心崩溃信噪比，以及不同的假设扩散系数在附近的SNR。方法.我们解决了CR输运方程的测试粒子的方法结合SNR演化的数值模拟。结果我们扩展我们的方法来计算宇宙射线加速在信噪比跟踪逃逸粒子在一个大的体积周围信噪比。我们计算了两种扩散模型的CR光谱的演变，从SNR逃逸到分子云或致密壳层。我们发现一个强大的限制CR在一个封闭的区域周围的SNR，和一个强大的稀释效应的CR，能够传播到几个SNR半径。
2012-04-17 astro-ph.HE
A minimal model for extragalactic cosmic rays and neutrinos
我们的目标是以统一的方式解释实验数据的高能宇宙射线（UHECR）和中微子，使用一个单一的源类和遵守限制的河外弥漫伽马射线背景（EGRB）。如果UHECR只与其源周围的气体发生强子相互作用，则所产生的扩散CR通量可以与观测到的CR通量很好地匹配，同时提供大的中微子通量。然而，在这种情况下，能量为$E>3\times 10^{18}$ eV的UHECR在地球大气中引起的空气簇射将达到其极大值。因此，UEHCR靠近加速器的额外光强子相互作用必须存在，以便在相对窄的能量间隔内修改CR的核组成。因此，我们包括光子和气体背景，并结合由此产生的CR光谱与逃逸模型预测的银河系CR通量的高能量部分。结果表明，在高于$E\simeq 10^{17}$ eV的整个能量范围内，总CR通量、平均簇射深度$X_\max$和簇射宽度$RMS(X_\max)$都能很好地描述实验数据.预测的高能中微子通量与IceCube测量结果相匹配，而对EGRB的贡献约为30%。
2017-09-13 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
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
High energy cosmic ray self-confinement close to extragalactic sources
在地球上观测到的超高能宇宙射线很可能是在银河系外的源中加速的。对于这类源的典型光度，与离开它们的宇宙射线通量相关的电流很大。相关的等离子体不稳定性产生了可以有效地散射粒子的磁波动。我们认为，这种现象迫使宇宙射线在源附近的能量$E<E_{\rm cut}$，其中$E_{\rm cut}\approx 10^{7} L_{44}^{2/3}$ GeV的低背景磁场（$B_{0}\ll nG$）的自我限制。对于较大的$B_{0}$值，宇宙射线被限制在能量为$E<E_{\rm cut}\approx 2\times 10^{8} λ_{10} L_{44}^{1/4} B_{-10}^{1/2}$ GeV的源附近，其中$B_{-10}$是以$0.1$ nG为单位的场，$λ_{10}$是以10 Mpc为单位的相干长度，$L_{44}$是以$10^{44}$ erg/s为单位的源光度。
2015-08-12 astro-ph.HE
An Alternative Explanation of the Varying Boron to Carbon in Galactic Cosmic rays
有人认为，银河系宇宙射线中硼碳丰度比随能量的下降，部分是由于在银河系圆盘的给定区域中通过冲击加速可获得的最大能量与逃逸前穿过的克重之间的相关性。在这种情况下，从银河系逃逸率的能量依赖性可能比以前认为的要小，反质子的光谱变得更容易理解。
2017-08-16 astro-ph.HE
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
Non-linear diffusion of cosmic rays escaping from supernova remnants - II. Hot ionized media
本文研究了宇宙射线从完全电离的热态星际介质中逃逸和输运的问题。特别是，我们考虑到激励Alfvénic湍流CR流和机制阻尼自激湍流本身的CR逃逸及其在源附近的传播模型。我们的逃逸半径和时间的估计结果在大的值（100 pc，$2\times10^5$ yr）粒子能量$\lesssim20$ GeV和较小的值粒子的能量增加（35 pc和14 kyr在1 TeV）。这些逃逸时间和半径，当用作初始条件的CR传播外的源，导致相关的抑制扩散系数（由一个因素5-10）的时间尺度与他们的（能量依赖）逃逸时间尺度相当。阻尼机制足够快，即使在较短的时间尺度上，阿尔夫文湍流也能有效地阻尼，磁场的随机和有序分量之间的比值为$δB/B_0\ll 1$，证明了准线性理论的使用。尽管扩散系数受到抑制，在其源附近的停留时间增加（<200 pc），但由于HIM的密度较低，与在整个银河系扩散时积累的克重相比，发现CR逃逸后积累的克重可以忽略不计（在所有能量下）。
2019-03-07 astro-ph.HE
Extragalactic Jets from Radio to Gamma-rays
尽管黑洞的喷流在40多年前就被首次发现，但我们仍然对这些系统的许多主要方面一无所知-包括高能辐射机制，喷流的粒子组成，以及粒子如何加速，可能高达100 TeV和数百kpc的能量。我们特别关注的发现（和神秘的）强X射线发射从无线电喷流的千帕尺度，使无与伦比的高分辨率的\emph{Chandra} X射线天文台。我们回顾了过去20年来支持和反对解释这种X射线发射的可行模型的主要证据。最后，我们提出了最近的一项研究结果的X射线变化的kpc规模的射流，在那里我们发现的证据表明，30-100\%的X射线喷流人口是可变的百分之十的水平。短（$\sim$年）的变化时间尺度与X射线的IC/CMB模型不兼容，并且意味着嵌入kpc尺度喷流内的结构非常小，因此需要重新考虑许多关于喷流结构和动力学的假设。
2023-03-15 astro-ph.HE
Cosmic-ray production from neutron escape in microquasar jets
银河系宇宙射线的起源仍然是一个有争议的问题，但超新星遗迹通常被认为是高能宇宙射线加速的主要场所。然而，目前的模型预测的宇宙射线光谱与观测结果不符，加速机制的效率仍然无法确定。另一方面，其他类型的源对银河系宇宙射线总数的贡献仍然不清楚，值得研究。在这项工作中，我们探索了一种新的机制，通过这种机制，微类星体可能产生宇宙射线。在这种情况下，微类星体喷流产生相对论中子，这些中子逃逸到系统外并衰变;当这些中子衰变时产生的质子和电子作为宇宙射线逃逸到星际介质。最有希望的情况出现在极亮系统（$L_\mathrm{jet} \sim 10^{40}\,\mathrm{erg \, s}^{-1}$）中，其中宇宙射线中沉积的喷流功率部分可以达到$\sim 0.001$。慢喷流（$Γ\lesssim 2$，其中$Γ$是体洛伦兹因子）有利于中子的产生。由此产生的宇宙射线谱对于质子和电子来说是相似的，它们以中子衰变给出的比率共享功率。光谱的峰值大约在喷流中相对论质子最小能量的一半处;在这个能量以上是软的（光谱指数$\sim 3$），在这个能量以下几乎是平的。在我们的模型中，宇宙射线的谱指数值可能比$2$陡，这些值确实与解释银河系宇宙射线的谱特征所需的值一致，尽管只有最极端的微类星体才能提供与典型超新星遗迹相当的能量。这项工作中探索的机制可能在早期宇宙中提供更强和更软的宇宙射线源，因此有助于星系际介质的加热…
2021-04-24 astro-ph.HE
Gamma rays from extragalactic astrophysical sources
目前有几类探测到的河外伽马射线源。它们大多与活动星系核（AGN）和（在软伽马射线下）伽马射线暴（GRB）有关，但不仅如此。活动星系核是由星系所容纳的吸积超大质量黑洞组成的，在某些情况下，星系呈现出强大的相对论性喷流活动。这些源，已经在伽马射线中研究了几十年，可能是最具活力的天体物理对象，它们的外观在很大程度上取决于它们的喷流是否指向我们。伽马射线暴被认为与宇宙学距离上的恒星质量物体的坍缩或合并有关，它也在吸积高度相对论性喷流源，这些喷流源在高能量下强烈发光。这些事件持续时间很短，但它们也是最明亮的。最近，恒星形成星系也被证明是伽马射线发射体。另一方面，星系团还没有被探测到超过X射线。这些是宇宙中已知的最大结构;在它们通过吸积和合并形成的过程中，会产生冲击和湍流，这可能导致伽马射线的产生。在这项工作中，活动星系核的伽玛射线物理的简要介绍，以及星暴星系，伽玛暴和星系团。之后，我们考虑了一些特殊的情况下，在非耀变体AGN喷流与他们的介质在不同的尺度上相互作用的伽马射线生产。
2011-09-08 astro-ph.HE
Origins of Cosmic Rays in the Galactic-extragalactic Transition Energy Range
Vrije Universiteit Brussel (VUB)（布鲁塞尔自由大学）；Radboud University Nijmegen（奈梅亨拉德堡德大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Curtin University（科廷大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON)（荷兰射电天文研究所）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；Nikhef（荷兰国家核与亚原子物理研究所）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Khalifa University（哈利法大学）；Can Tho University（芹苳大学）；Nanjing University（南京大学）；Xidian University（西安电子科技大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究银河系与河外宇宙射线起源的过渡能量范围（10^16-10^18 eV），利用SKA-Low结合粒子探测器阵列测量质量成分，以区分源和传播模型。
2026-06-26 astro-ph.HE
The TeV Blazar Measurement of the Extragalactic Background Light
在太空中传播的伽马射线很可能会被周围的河外背景光（EBL）所产生的电子-正电子对所熄灭。EBL的光谱是由来自宇宙历史上所有星系的星光（以及经过尘埃再加工的星光）产生的。用\textit{Fermi}观测了40 - 400 GeV γ射线的衰减，并用来测量能量为1 eV-10 eV的EBL谱，使$z\sim 1$红移。几个TeV开拓者的测量结果与衰减一致，归因于红移$z\sim 0.1$的EBL。在这里，我们同时分析了一组TeV的开拓者在$z\sim 0.1$测量光学深度为100 GeV - 10 TeV的伽马射线，与EBL的能量为0.05 eV - 5 eV的相互作用。使用一套模型的EBL，我们表明，由TeV耀变体衰减表示的光学深度是在较低的伽马射线能量和较高的红移与测量的光学深度\textit{Fermi}很好的协议。
2013-12-05 astro-ph.HE
The Contribution Of Inverse Compton Scattering To The Diffuse Extragalactic Gamma-Ray Background From Annihilating Dark Matter
除了伽马射线外，暗物质湮灭的产物还包括高能电子，这些高能电子与宇宙微波背景发生逆康普顿散射，产生弥漫的银河系外伽马射线和X射线背景。在暗物质粒子主要湮灭为电子或μ子的模型中，EGRET和COMPTEL的测量可以对湮灭截面提供重要的约束。费米伽马射线太空望远镜可能会对这种情况进行更严格的测试。
2010-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Alfven Wave Amplification and Self-Containment of Cosmic-Rays Escaping from a Supernova Remnant
通过数值求解从激波前缘附近到远离激波前缘区域的扩散-对流方程，研究了在超新星遗迹（SNR）处加速的宇宙射线（CR）质子的逃逸。考虑了逃逸CR粒子产生的Alfven波的放大及其对CR逃逸到星际介质的影响。我们发现，波的放大显着延迟逃逸的粒子，甚至远离冲击波阵面（在SNR的规模）。这意味着通过在SNR周围的分子云处的伽马射线观测测量的CR粒子的能谱受到波的粒子散射的严重影响。
2011-05-03 astro-ph.HE
XMM-Newton observations of the extragalactic microquasar S26 and their implications for PeV cosmic rays
本研究分析了河外微类星体S26的XMM-Newton观测数据，探讨了其喷流功率与极低X射线吸积光度之间的矛盾并提出辐射解释，同时评估了微类星体作为潜在PeVatron源产生1 PeV以上宇宙射线的可行性。
2024-05-08 astro-ph.HE
Propagation of Ultra High Energy Cosmic Rays in Extragalactic Magnetic Fields: A view from cosmological simulations
我们用CRPropa程序模拟了超高能宇宙射线的传播（能量$\geq 10^{18} \rm eV$和纯质子成分）通过银河系外磁场，已经用宇宙学ENZO代码模拟。我们测试了原始和天体物理的磁成因方案，以调查不同的磁场强度在集群中的影响，在宇宙学距离上传播的宇宙射线的偏转上的细丝和空隙。我们还研究了不同的宇宙射线源分布对模拟银河观测者的影响。我们的分析表明，到达谱和各向异性的事件是相当不敏感的河外磁场的分布，而它们更受集群内的源$\sim 50$兆位差距的距离到观察者。最后，我们发现，为了再现观测到的宇宙线在$\sim $ EeV能量的各向同性程度，在宇宙空洞的平均磁场必须是$\sim 0.1 \rm \ nG$，提供原始种子场的强度限制。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
