Determining the fraction of cosmic-ray protons at ultra-high energies with cosmogenic neutrinos
宇宙成因中微子是超高能宇宙射线（UHECR）与宇宙光子场相互作用产生的。对这些中微子扩散通量的限制可以用来限制到达地球的能量为$E_{p} \gtrsim 30$ EeV的质子的比例，从而在不完全依赖强子相互作用模型的情况下对UHECR的组成进行限制。我们表明，在何种程度上目前的中微子望远镜已经约束这部分质子和讨论的前景，下一代探测器，以进一步约束it.Additionally，我们讨论了这些限制的影响，为几个流行的候选人UHECR源类。
2019-09-03 astro-ph.HE
Cosmogenic gamma-rays and neutrinos constrain UHECR source models
我们使用CRPropa 3来展示预期的宇宙成因中微子和伽马射线光谱如何取决于超高能宇宙射线（UHECR）在其源的最大能量，在注入的光谱指数和UHECR的化学成分。费米/LAT测量的各向同性漫射伽马射线背景已经接近接触到一个模型，该模型具有共同移动的源演化，并具有优化的化学成分，光谱指数和最大加速能量，以提供最佳拟合的UHECR光谱和皮埃尔俄歇合作测量的组成。此外，在UHECR的最高能量的质子存在的可检测的分数，实验的灵敏度在$\sim 10^{-8}$ - $10^{-10}$ GeV cm $^{-2}$ s $^{-1}$ sr $^{-1}$的范围内的$\sim1$ EeV的单味中微子通量，显示为UHECR源的演变的函数。达到这种灵敏度的实验将能够显着约束现实源演化模型的质子分数。
2017-07-14 astro-ph.HE
Constraining the Emissivity of Ultrahigh Energy Cosmic Rays in the Distant Universe with the Diffuse Gamma-ray Emission
在宇宙学距离上发射的能量大于10 ^19 eV的超高宇宙射线（UHECR）会被宇宙微波和红外背景辐射通过光强过程衰减。如果河外磁场像纳高斯一样强，那么由于扩散，较低能量的河外宇宙射线（~10^18-10^19 eV）在哈勃时间内只能传播小于~Gpc的线性距离。这使得我们无法直接观测到宇宙中的大多数UHECR，因此观测到的UHECR强度仅反映了附近宇宙中数百Mpc范围内的发射率。然而，遥远宇宙中的UHECR通过与宇宙背景光子的相互作用，产生UHE电子和伽马射线，这些电子和伽马射线反过来引发宇宙背景光子的电磁级联。这种次级级联辐射形成了河外扩散GeV-TeV伽马射线辐射的一部分，与原始的UHECR不同，它是可以观测到的。受费米/LAT对河外弥漫伽马射线背景辐射的新测量的启发，我们通过要求它们产生的级联辐射不超过观测水平，获得了遥远宇宙中UHECR发射率的上限。通过与候选UHECR源（如伽玛暴和活动星系核）在高红移下的γ射线发射率的比较，我们发现，所获得的平坦质子谱的上限比伽玛暴中的γ射线发射率大~10^1.5倍，比BL Lac天体中的γ射线发射率小~10倍。在铁核组成的情况下，导出的上限的UHECR发射率是一个因素的3-5倍。进一步得到了宇宙成因中微子通量的鲁棒上限，这是冰立方探测器和下一代探测器JEM-EUSO勉强可以达到的。
2011-07-22 astro-ph.HE
Escape and propagation of UHECR protons and neutrons from GRBs, and the cosmic ray-neutrino connection
本文提出了一个超高能宇宙线（UHECR）在伽马射线暴的冲击加速火球中产生的模型。除了从中子逃逸和衰变成质子的标准UHECR起源，我们的模型认为直接质子发射通过从加速的重子加载壳的边缘泄漏，使火球。根据光强子相互作用的壳层的光学厚度，源落在三种情况之一：通常的，光学薄的源占主导地位的中子逃逸，光学厚的源中子逃逸，或“直接逃逸”的情况下，主要贡献UHECR来自泄漏的质子。每种情况下产生的中微子都是不同的，我们看到标准的“每一条宇宙射线产生一个中微子”的假设只在光学薄的情况下有效，而在光学厚的情况下，每一条宇宙射线产生不止一个中微子。此外，额外的直接逃逸分量增强了UHECR通量的高能量部分，从而提高了预测和观测通量之间的一致性。
2013-07-15 astro-ph.HE hep-ph
UHECR acceleration at GRB internal shocks
本文研究了伽玛暴内激波对CR质子和核的加速作用。物理量和它们的时间演化估计使用内部冲击模型实现的Daigne和Mochkovitch 1998年。我们考虑不同的假设的方式之间共享加速CR，e-和B场的内部冲击耗散的能量。我们的CR加速模型在温和的相对论冲击，包括所有显着的能量损失过程。我们计算CR和中微子从单个伽玛暴释放，假设原子核比质子重的相对论风。质子的最大能量只能达到~ 10^19.5 eV，而中重核的能量可以达到~ 10^20 eV或更高。从加速场逃逸的原子核的能谱很硬，而质子和中子的组合能谱则要软得多。我们使用Wanderman & Piran 2010的GRB光度函数计算了地球上预期的漫射UHECR通量。只有模型假设的即时排放代表一个非常小的一部分，在内部冲击的能量耗散，而大部分的这种耗散的能量被传送到加速CR，能够再现的大小的UHECR通量观察。对于这些模型，所观察到的形状的UHECR光谱可以很好地再现和组成的演变是兼容的俄歇所提出的趋势。我们讨论的影响，较软的质子成分的GCR到EGCR过渡的光最近的成分分析（KASCADE-格兰德实验）。相关的二次粒子扩散通量不会打破目前的观测极限。然而，来自伽玛射线暴源的扩散中微子通量应该在中微子观测站的寿命内被探测到。
2014-09-03 astro-ph.HE
A search for extremely-high-energy neutrinos with IceCube and implications for the ultra-high-energy cosmic-ray proton fraction
利用IceCube 12.6年数据搜索极高能中微子，未发现信号，给出迄今最严格通量上限，并将能量>30 EeV的UHECR质子占比限制在≲70%，支持重成分结论。
2025-07-10 astro-ph.HE
Implications of the UHECRs penetration depth measurements
对PAO的UHECR穿透深度测量的简单解释表明，在能量范围$1.1 - 35 \cdot 10^{18} $ eV处存在从质子到较重原子核的跃迁。详细比较这些数据与空气簇射模拟揭示了强烈的限制，在所观察到的流量的轻核（质子和他）的数量。我们发现一个强大的上限上所观察到的质子部分的UHECRs通量，我们排除了由质子和他为主的组合物。加速度和传播效应导致观察到的成分与源处的成分不同。使用一个简单的玩具模型，考虑到这些影响，我们表明，观测需要极端的金属丰度与金属质子质量比为1：1的来源，这是一个比太阳丰度大一百倍。这种组合物施加了一个几乎不可能的约束所有目前的天体物理模型UHECR加速器。这可能为在$\sim 100$ TeV出现的新物理学提供了第一个线索，并导致在这些能量下更大的质子截面。
2012-12-10 astro-ph.HE hep-ph
Isotropy constraints on powerful sources of ultrahigh-energy cosmic rays at $10^{19}$ eV
数值计算了强源产生的超高能宇宙射线（UHECR）到达方向分布的各向异性。我们表明，考虑到银河系磁场，在$\approx 10^{19}$电子伏特的显着各向异性的非检测目前和未来的实验施加一般上限UHECR质子光度稳定源源的函数的红移。上限限制了在局部宇宙中典型稳定源的存在，并限制了$10^{19}$ eV UHECR源的局部密度为$\gtrsim 10^{-3}$ Mpc $^{-3},$，假设平均星系际磁场小于$10^{-9}$ G。该各向同性比在最高能量下测量的更强，可以指示UHECR的瞬态生成。我们的各向异性计算适用于极端高频率峰值BL Lac对象1 ES 0229+200，1 ES 1101-232，和1 ES 0347-121，测试的UHECR诱导级联模型，其中束UHECR质子产生TeV的辐射在运输从源。虽然源周围的磁场结构影响耀变体所需的绝对宇宙射线光度，但银河系周围的磁场结构直接影响观测到的各向异性。如果这两个磁场都足够弱，那么皮埃尔·俄歇天文台应该可以探测到这些耀变体的明显的UHECR各向异性，除非UHECR质子的最大能量远低于$10^{19}$ eV。此外，如果这些是高于$10^{19}$ eV的UHECR的来源，则需要银河系周围的局部磁结构来解释在$\sim 10^{19}$ eV处观察到的各向同性，这可能与UHECR诱导的级联模型在合理的喷流功率下工作的所有星…
2015-12-09 astro-ph.HE
Constraints on the hosts of UHECR accelerators
高能宇宙射线在加速器周围的相互作用可以自然地解释观测到的UHECR的光谱和成分，包括脚踝以下的质子丰度。我们发现，天体物理性质的UHECR源环境，如温度，大小，和磁场可以约束的UHECR和中微子数据。将其应用于具有简单结构的候选源表明，星暴星系与这些约束是一致的，但星系团可能与它们处于紧张状态。对于活动星系核和伽玛暴这样的多成分系统，结果是指示性的，但需要定制的分析才能得出明确的结论。
2022-12-20 astro-ph.HE
The UHECR source evolution and high-energy neutrinos and γ-rays
超高能宇宙射线与背景光子的相互作用限制了宇宙射线到达我们的距离，使其通量的测量对高红移源的特性不敏感。另一方面，二次PeV-EeV中微子产生的UHECR传播可以到达地球，即使从非常高的红移，和电磁级联发起的二次光子和电子/正电子有助于扩散的伽马射线背景。因此，结合UHECR，中微子和伽马射线数据的多信使分析仍然可以提供有关UHECR源的宇宙学演化的信息。在这项工作中，我们比较预测的粒子通量从蒙特卡罗模拟在各种情况下与最近的实验数据，并讨论了结论，可以得出有关UHECR源和它们的宇宙学演化。
2017-07-16 astro-ph.HE
Cosmogenic photons strongly constrain UHECR source models
利用我们最新版本的超高能宇宙线（UHECR）传播蒙特卡罗程序CRPropa 3，可以预测由于UHECR与河外背景光相互作用而产生的中微子和光子通量。再加上费米LAT最近更新的各向同性扩散伽马射线背景（IGRB）数据，现在可以严格限制UHECR源模型。UHECR源的演化在确定预期的二次光子谱中尤其起着重要的作用。纯质子UHECR模型已经受到强烈的约束，主要是费米LAT的IGRB的最高能量箱，只要它们的数密度在最近没有强烈的峰值。
2016-09-12 astro-ph.HE
Restricting UHECRs and cosmogenic neutrinos with Fermi-LAT
超高能宇宙射线（UHECR）质子与宇宙微波背景（CMB）相互作用产生UHE电子和伽马射线，其继而在CMB和红外光子上引发电磁级联。结果，在$E\lsim 100$ GeV的能量范围内积累了漫射各向同性伽马辐射的背景。费米-LAT合作最近报告了对河外弥漫背景的测量，发现它比EGRET以前测量的强度更小，更柔软。我们表明，这一新的结果约束UHECR模型和宇宙成因中微子的流量。特别是，它排除了现有中微子实验可检测到的宇宙成因中微子通量的模型，而下一代探测器，如JEM-EUSO只能观察极端参数的中微子。
2010-12-21 astro-ph.HE
UHECR escape mechanisms for protons and neutrons from GRBs, and the cosmic ray-neutrino connection
伽马射线暴（GRB）火球是超高能宇宙射线（UHECR）源的假说正受到中微子观测的验证。非常严格的界限可以从宇宙射线（质子）-中微子的连接，假设UHECR作为中子逃逸。在这项研究中，我们确定了三种不同的制度作为火球参数的函数：标准的“一个中微子每宇宙射线”的情况下，光学厚（中子逃逸）的情况下，和情况下，从壳的边界（直接逃逸）的质子泄漏占主导地位。在光学厚的区域，光生子的产生非常有效，每一条宇宙射线将比标准情况下发射更多的中微子，而在直接逃逸主导的区域，发射的宇宙射线将比中微子多。我们证明，有效的质子加速，这是需要描述所观察到的UHECR谱，标准的情况下，只适用于一个非常狭窄的区域的火球参数空间。我们用几个观测到的例子说明，宇宙线-中微子连接的结论将取决于实际的爆发参数。我们表明，目前使用的冰立方合作的π介子生产效率的定义低估了中微子生产的光学厚的情况下。最后，我们指出，直接逃逸成分导致从一个单一的源发射的宇宙射线光谱的光谱中断。由此产生的“双组分模型”可以用来更强烈地发音比倾角模型所观察到的UHECR光谱的光谱特征。
2013-03-25 astro-ph.HE hep-ph
Simulations for a next-generation UHECR observatory
我们探讨了未来的超高能宇宙射线（UHECR）实验的潜力，该实验能够克服低统计的限制，以检测UHECR到达方向的各向异性。我们专注于未来仪器的较低能量范围（E > 50 EeV），其中，如果UHECR源数密度不是太低，那么源的数量应该足够多，以在天空中留下聚类模式，从而可能在UHECR到达方向上。在这些限制下，各向异性信号应该由大尺度结构中天体物理源本身的聚集而不是单个源周围事件的聚集所支配。我们研究了不同的天体物理模型之间的统计歧视，我们参数化的数密度的UHECR源，相对于星系分布的UHECR加速器的可能的偏见，和未知的部分UHECR已被偏转大角度的潜力。我们表明，数量级的统计增加将允许区分各种天体物理模型，提供了一个子样本的轻元素可以被提取，它代表至少~70%的整体通量，敏感的UHECR源数密度。即使没有组成的知识，在99.7%水平的各向异性应该是可检测的，当检测到的事件的数量超过2000超过50 EeV，只要组成是质子为主，和UHECR源的数量密度是相对较高的。如果UHECR源相对于星系分布有很强的偏置，例如星系团，一旦探测到的事件数量超过1000，如果最高能量的质子分数为~60%或更高，则99.7%的各向异性应该是可探测的。
2015-01-27 astro-ph.HE
UHECR Maps: mysteries and surprises
质子使核子UHECR在GZK天文学上的上升被三个主要的谜团所困扰：一个意想不到的室女座附近的UHECR抑制，沿着Cen A垂直（南北）冻结的丰富拥挤的集群，一种暗示核而不是核子的成分。UHECR地图，最初与GZK体积一致，今天似乎与预期的超银河系平面没有太多相关。此外，从俄歇气簇形状的UHECR倾斜深度数据不支持质子，但指向一个核，而HIRES，相反，有利于主要核子。我们试图解决的矛盾，假设UHECR轻核（主要是他）的平面星系场传播，随机在垂直轴上。他的脆弱性和它的质量和电荷解释了室女座的缺席（由于不透明度以上的几个Mpc）和岑A蔓延集群（整个样本的四分之一）。然而，更多的事件和罕见的双峰和集群在其他地方正在等待答案。在这里，我们预见到新的UHECR成分的暗示：银河系。此外，UHECR天空在不同（无线电，红外，光学，X，伽马，TeV）背景下的仔细更新视图也有利于被遗忘的革命性Z-簇射模型。Z-Shower、质子GZK和锂原子核UHECR模型对UHE中微子天文学都有显著的影响：UHE τ中微子诱导的空气簇射将以不同的方式揭示这一点。
2010-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Lightest to Heavy UHECR nuclei in a Local Universe
本研究在不同原子核成分框架下评估UHECR，更新最轻原子核UHECR模型以解释近源及观测热点聚集，同时指出最重原子核额外成分或符合高能量边缘的最新同质记录。
2025-02-10 astro-ph.HE
Astrophysical neutrino production and impact of associated uncertainties in photo-hadronic interactions of UHECRs
超高能宇宙射线（UHECR）在宇宙中传播时，在其源的稠密辐射场中以及离开宇宙背景的相互作用中可以产生高能中微子。对电流测量的多信使解释深深依赖于对这些相互作用的理解。为了在UHECR源中有效地产生中微子，至少需要中等水平的相互作用，这意味着如果涉及核，则会产生核级联。另一方面，现有的截面数据和相互作用模型对大多数比质子重的原子核的预测结果很差。我们展示了这些不确定性在最先进的光衰变模型中的影响，并激励核截面测量。此外，我们讨论了目前在天体物理学中使用的光介子模型的扩展，并证明了理解UHECR与超共振相互作用的细节的重要性。
2018-09-26 astro-ph.HE
Mock Catalogs for UHECR Studies
我们提供了40 EeV以上的宇宙射线的真实模拟星表，假设它们的源是模拟的、体积有限的巡天中普通星系的随机子集，源密度有各种选择：10^-3.5 Mpc^-3、10^-4.0 Mpc^-3和10^-4.5 Mpc^-3。源处的光谱取为E^-2.3，宇宙学红移的影响以及光子和e^+ e^-能量损失都包括在内。
2011-12-18 astro-ph.HE
On the hadronic cascade scenario for extreme BL Lacs
极端BL Lac（EHBL）独特的高能发射光谱对耀变体的标准发射模型提出了挑战。在可能的解决方案中，所谓的强子级联方案假设所观察到的高能辐射是由耀变体喷流发射的能量高达$10^{19-20}$ eV的超高能宇宙射线（UHECR）通过光强子反应在星系际空间产生的。假设下-隐含在这个模型中-的blazar的固有的高能量同步自康普顿发射并没有实质性的贡献所观察到的$γ$ -射线光谱，我们推导出约束的基本物理量的喷气，我们比较它们与强子级联的情况下的要求。我们发现，对于一个合理的范围内的相对论性喷流多普勒因子（$δ=10-50$），最大可实现的能量的加速质子可以超过$2\times 10^{19}$ eV的顺序的$\approx 10^{44}$ erg s $^{-1}$，参数与强子的要求的情况下，即使EHBL是嵌入在宇宙细丝的磁场兼容的喷流功率。我们还讨论了我们的结果的可能性，当地EHBL有助于观察到的UHECR的后果。
2013-12-16 astro-ph.HE
Tentative identification of the source of four UHECRs, and implications thereof
在银河系磁场中回溯了HiRes和AGASA组合数据集中的四个UHECR。它们指向一个共同的源，该源位于1度以内，如果它们是质子，则表明是最可能的电荷分配。CGCG 291-028星系中的Swift-BAT硬X射线活动星系核是源轨迹内和GZK距离视界内唯一值得注意的候选源。这四个事件的光谱是一致的生产在一个短暂的事件，如恒星潮汐破裂耀斑。假设UHECR是在CGCG 291-028中产生的，则可以估计瞬变产生的UHECR的总能量，并可以限制河外磁偏转。如果CGCG 291-028确实是UHECR的来源，那么对其目前状态的观测应能阐明UHECR加速现象。
2013-08-20 astro-ph.HE
The Limited Contribution of Low- and High-Luminosity Gamma-Ray Bursts to Ultra-High Energy Cosmic Rays
超高能宇宙射线（UHECR）的加速场是一个悬而未决的问题，尽管扩展的研究。在本文中，我们重新考虑的提示阶段的伽马射线暴（GRB）作为一个可能的候选人，这种加速和限制的最大质子能量在光学薄同步加速器和光球模型，使用属性的提示光子谱。我们发现，没有一个模型有利于加速质子$10^{20}$ eV的高光度爆发。我们重复计算低亮度伽玛暴（llGRB）考虑质子和完全剥离的铁，发现可获得的最高能量分别为$< 10^{19}$ eV和$< 10^{20}$ eV的质子和铁，无论模型。因此，我们的结论是，对于我们的基准参数，伽玛暴，包括低光度的爆发，贡献很小，没有观察到的UHECR。我们进一步限制必要的条件之间的关联UHECR和llGRBs，并发现铁可以加速到$10^{20}$ eV的光球模型，非常有效的加速和/或一个小的分数能量给一小部分的加速电子。这将必然导致高的瞬发光通量，并且因此检测到这样的信号可以是在源处成功的UHECR加速的指示。
2019-04-03 astro-ph.HE
Cosmic Ray Acceleration in Active Galactic Nuclei - On Centaurus A as a possible UHECR Source
我们讨论了一个有代表性的选择粒子加速机制被认为是在活跃的银河系核。从黑洞附近的直接静电场加速到喷流中的费米型粒子加速，评估了超高能宇宙射线（UHECR）加速的可能效率约束。（i）质子加速到$E_c = 5\times 10^{19}$ eV及以上的能量仍然具有挑战性，并且很可能需要能够将高能种子质子提高$\sim$ 10倍的附加机制的操作。有人认为，剪切加速度沿大规模射流在岑A可能是一个有前途的候选人。(ii)较重的元素，如铁核，更容易加速（例如，冲击或直接静电场），并且可能不需要额外的升压来达到$E \geq E_c$ ;（iii）如果Cen A确实被证明是UHECR源，那么宇宙射线成分可能因此预期在能量为$10^{19}$ eV的几倍以上变得更重。
2009-11-20 astro-ph.HE
New physics above 50 TeV: probing its phenomenology through UHECR air-shower simulations
针对UHECR成分问题，本文通过修改CORSIKA代码模拟广延大气簇射，探究质心能量50 TeV以上的质子相互作用新效应对截面和多重数的影响，发现在140 TeV下截面需达800 mb且次级粒子增加2-3倍方可匹配Auger数据。
2025-09-17 astro-ph.HE
A new view of UHECRs with the Pierre Auger Observatory
本文综述皮埃尔·奥格天文台第一阶段对超高能宇宙线能谱、成分和到达方向的主要观测成果，并展望第二阶段改进理解的前景。
2025-09-19 astro-ph.HE
Upper limit on the diffuse extragalactic radio background from GZK photon observation
在这里，我们指出，对超高能宇宙射线（UHECR）光子（“GZK光子”）的观测可以提供银河系外射电背景水平的上限，这取决于UHECR质子原色的水平（将在皮埃尔俄歇天文台升级AugerPrime几年后获得数据后确定）。我们还更新了我们2005年的预测范围GZK光子通量预计从质子原色。
2022-06-01 astro-ph.HE
Indication of a Local "Fog" of Sub-Ankle UHECR
高能宇宙射线（UHECR）在星系际空间传播过程中，会与背景辐射场发生相互作用。这些相互作用产生了高能电子/正电子对和光子，这些电子/正电子对和光子又供给电磁级联，从而促成各向同性伽马射线背景（IGRB）。以这种方式产生的伽马射线通量水平高度依赖于UHECR传播距离，以及它们的源随红移的演化。最近，费米-LAT合作报告说，河外伽马射线总通量的大部分来自河外点源。这对通过UHECR传播产生的IGRB设定了严格的上限，并随后限制了它们在遥远宇宙中的丰度。专注于在脚踝以下的能量在一个狭窄的能带（$(1-4)\times 10^{18}$ eV）的UHECR的贡献，我们计算通过UHECR传播所产生的漫射伽马射线通量，归一化的总宇宙射线能量预算在这个波段的测量。我们发现，为了不过度产生新的IGRB限制，可能存在由附近来源产生的UHECR的局部“雾”，其中可能有来自我们银河系的不可忽略的贡献。假设在820 GeV观测到的IGRB的一个给定的分数来自UHECR，我们得到了一个约束的最大距离为他们的大多数来源。由于其他未解决的源人群仍然污染新的IGRB限值，并且踝关节以上的UHECR也总是导致该背景，因此此处提供的结果相当保守。
2016-09-04 astro-ph.HE
Identifying Nearby UHECR Accelerators using UHE (and VHE) Photons
10^20 eV质子在河外空间传播时不可避免地会产生超高能光子（UHE，E > 10^19 eV）。它们在这些能量下的短相互作用长度（<20 Mpc），再加上皮埃尔·俄歇天文台探测器对这些粒子令人印象深刻的灵敏度，使它们成为附近超高能宇宙射线（UHECR）源的理想探测器。我们在这里讨论的特定情况下，光子从一个单一的附近（30兆秒差距内）的光源的可能性，这样的对象可能是负责的几个UHECR事件公布的俄歇合作。我们证明，在不久的将来，俄歇应该可以探测到来自这样一个源的几个> 6x10^19 eV UHECR的光子信号。这些光子的检测也将是来自附近源的UHECR的光组成的特征。
2009-07-03 astro-ph.HE
What can be learnt from UHECR anisotropies observations? Paper I : large-scale anisotropies and composition features
我们调查的影响，目前的大规模各向异性的数据，并检查在何种程度上可以用来约束的起源UHECRs和天体物理参数的源场景。我们讨论的可能性，观察相关的各向异性的组合物，分离不同的核组件的潜在好处和利益，观察UHECR天空与更大的曝光未来的天文台。我们模拟UHECR的天空地图，满足目前的观测约束的各种天体物理方案，考虑到能量损失的UHE质子和原子核和他们的偏转干预磁场。我们调查的情况下，UHECR源分布如下的星系，不同的源成分和光谱，源密度和磁场模型。我们采用类似的分析所使用的俄歇协作。我们发现：i）在我们的假设范围内，再现观测到的偶极子各向异性及其能量演化相对容易; ii）可以通过对天体物理参数的不同假设集获得这种一致性，因此在现阶段，对于UHECR源情景并没有很大的限制; iii）偶极子的实际重建方向在基本上所有研究的情况下都显得不自然，并挑战了他们对源分布或假设的磁场配置的主要假设，特别是在银河系中; iv）除质子外，GZK视界强烈降低的能量范围是对每个给定核素进行各向异性搜索的关键目标; v）在我们的模型中自然预期的成分各向异性不太可能解释Auger最近报道的成分各向异性，除非观察到的振幅是本质上较弱的信号的强正统计波动。
2021-10-20 astro-ph.HE
Ultrahigh-energy cosmic ray interactions as the origin of very high energy $γ-$rays from BL Lacs
我们解释了观测到的多波长光子光谱的BL Lac对象在非常高的能量（VHE，$E \gtrsim 30$ GeV），使用一个轻强子发射模型。用单区轻子辐射拟合同步辐射峰。随后，计算SSC谱，使得其延伸到所考虑的射流参数的可能的最高能量。超过这个能量的数据点，也在整个VHE范围内很好地解释使用强子发射模型。超高能宇宙射线（UHECR，$E\gtrsim 0.1$ EeV）从源中逃逸出来，在宇宙学距离上传播时与河外背景光（EBL）相互作用，引发能量低至$\sim1$ GeV的电磁级联。由此产生的光子谱在$\sim1$ TeV能量处达到峰值。我们考虑一个随机湍流河外磁场（EGMF）的Kolmogorov功率谱找到生存率的UHECR在0.1度的传播方向，观察者位于。我们限制自己的EGMF，$B_{\rm rms}\sim 10^{-5}$ nG，从UHECR相互作用的光子光谱能量分布（SED）的显着贡献的RMS值。我们发现，UHECR相互作用的EBL和二次级联发射可以拟合伽马射线数据从BL湖，我们认为在最高的能量。UHECR所需的光度和相应的喷流功率低于这些BL Lac中超大质量黑洞的爱丁顿光度。
2019-12-13 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
Implications of a Cosmogenic Origin of KM3-230213A for Ultra-High-Energy Protons
Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学技术大学）；Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）
通过解释KM3NeT观测到的中微子事件KM3-230213A为宇宙成因，结合多信使约束对UHECR源参数进行最佳拟合，发现该事件单独探测要求强演化的UHE质子源（如高亮度活动星系核），但加入Auger和IceCube的零观测则排除这种强演化，且UHECR中质子比例在20 EeV处约为20%。
2026-05-22 astro-ph.HE
TeV $γ$-ray fluxes from the long campaigns on Mrk421 as constraints on the emission of TeV-PeV Neutrinos and UHECRs
长TeV的$γ$射线活动已经进行了研究的BL Lac对象Markarian 421的光谱，可变性和占空比。（1）用同步加速质子耀变体模型描述了喷流的光谱能量分布，其光谱能量分布有两个主峰，一个在低能区（$\sim$ 1 keV），另一个在高能区（几百GeV）。ii）对GeV $γ$ -射线和X-射线的可变性的研究表明没有显著的相关性。iii）在该物体中观察到TeV $γ$ -射线探测，但在X射线中没有活动，称为“孤儿耀斑”。最近，望远镜阵列合作组织报告了72个超高能宇宙射线的到来，其中一些可能与Markarian 421的方向有关。冰立方合作组织报告说，在连续三年收集的TeV-PeV能量范围内探测到37个地外中微子。特别是，没有中微子径迹事件与这个来源有关。在本文中，我们考虑质子-光子相互作用的TeV的$γ$射线流量与中微子和超高能宇宙线观测的长期活动报告，围绕这个耀变体。考虑到IceCube和Telescope Array Collaborations的研究结果，我们发现用指数截止的幂律函数描述的TeV通量中只有$\sim$的25 ~ 70%来自质子-光子相互作用.
2015-04-21 astro-ph.HE
A detectable ultra-high-energy cosmic ray outburst from GRB 221009A
该研究针对 GRB 加速 UHECR 缺乏观测证据的问题，分析 GRB 221009A 的高能质子传播与磁场延迟，预测其 UHECR 爆发可在约十年内被 Pierre Auger Observatory 和 TA×4 探测。
2024-01-21 astro-ph.HE
Enhancing the Relative Fe-to-Proton Abundance in Ultra-High-Energy Cosmic Rays
我们研究了超高能宇宙线（UHECR）现象学的一个通用类的模型，其中的源加速质子和原子核的幂律谱具有相同的指数，但具有不同的值的最大质子能量，分布根据幂律。我们表明，足够低的能量比最大质子能量，这样的模型是等效的单型源模型，具有较大的有效幂律指数和较重的成分在源。我们计算得到的核丰度的增强，并找到一个典型的值的因子2-10的Fe核。在最高能量下，重核增强比变得更大，并且还必须考虑源的粒度。我们的结论是，必须考虑的最大能量源之间的分布的影响，以了解的能量谱和组成的UHECR，在地球上测量。
2011-11-07 astro-ph.HE
UHECR: Signatures and Models
超高能（E >1 EeV）质子在CMB辐射中的传输特征是成对产生下降和GZK截止。这两种光谱特征的可见特征分别是微分光谱中的踝部，GZK截止的起始点，积分光谱中的E_{1/2}，踝部是倾角的固有部分。通过HiRes和望远镜阵列（TA）的测量，这些特性与理论预测一致。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，但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时逐渐变重，并在能量约为35 EeV时达到铁。基于Auger和HiRes/TA数据的模型被独立考虑，并使用从银河到河外宇宙射线的过渡进行分类。踝关节不能提供这种过渡。因为所有三个探测器在能量（1 - 3）EeV处数据都与纯质子组成（或至少不比氦重）一致。如果在银河系中产生，这些粒子会导致太高的各向异性。这一论点排除或强烈反对所有踝关节能量E_a > 3EeV的踝关节模型。不同踝关节模型的伸长曲线X_{\max}（E）的计算进一步加强了这一结论。讨论了其他模型、倾角模型、混合成分模型和俄歇模型的现状。
2013-07-15 astro-ph.HE
Which radio galaxies can make the highest-energy cosmic rays?
许多作者认为，皮埃尔俄歇天文台和其他宇宙射线望远镜探测到的超高能宇宙射线（UHECR）可能在射电星系的核、喷流或叶中被加速。在这里，我专注于随机加速度在叶。我的要求，他们加速质子的最高观测到的能量的地方限制的可观察到的属性的射电瓣，满足了相对较少的对象内的Greisen-Zat'sepin-Kuzmin（GZK）截止;如果UHECR是质子，并在射电瓣内加速，它们的来源可能是已知的和编目的射电星系。我的波瓣加速也意味着一个（电荷依赖）的上限能量的UHECR，可以以这种方式产生的，如果叶是占主导地位的加速器在当地的宇宙，如果UHECR主要是质子，我们不太可能看到宇宙射线的能量比我们已经观察到的高得多。我评论的可行性的随机加速机制和可能的组成宇宙射线以这种方式加速，根据我们目前的理解的内容的大规模瓣的射电星系，最后讨论的影响随机瓣加速宇宙射线天文学的未来。
2010-04-07 astro-ph.HE
Radioactivity and fragmentation of UHECR: Correlating gamma anisotropy and neutrino PeV events
UHECR（超高能宇宙射线）被认为是质子，直线飞行，并受到GZK（CMB辐射不透明度）的限制。奥格在2007年提出，这种早期的UHECR各向异性与预见的超银河系平面是相容的，而HIRES和奥格都证实了光谱中明显的GZK截止。然而，自2007年以来，相同的AUGER成分有利于原子核（而不是核子）。最近在UHECR图中没有窄角聚集，因为它应该是预期的质子，沿着最近的室女座星系团的事件失踪，UHECR沿着Cen A的广泛传播（近16度角）与第一个质子-UHECR俄歇的理解不一致。自2008年以来，我们一直在为Cen A密集区提供轻核角色。然而，ICECUBE的TeV中微子集群或各向异性的情况下，它的光谱陡化主要有利于一个执政的大气中微子噪声高达几十TeV。然而，最近的两个PeV中微子事件，不能容易地共存或外推与这样的大气统治的情况下，或与GZK（无论是核子或核）的次级预期的光谱。最后，ARGO-MILAGRO-ICECUBE映象中的几十个TeV γ各向异性很难与已知的强子源联系起来。我们想象这样的各向异性由扩散的伽马射线控制，沿着UHECR弯曲和飞行发光：放射性GRB-SGRs-jet中的（Ni，Co，Al，D，中子）轻、重UHECR核在飞行中散射或衰变时，可能会在天空中绘画（由伽马，电子和中微子第二）他们的轨迹和弯曲，连接UHECR传播事件与TeV各向异性，也提供了一个非常现实的来源，…
2013-12-26 astro-ph.HE hep-ph
Origin of the ankle in the ultra-high energy cosmic ray spectrum and of the extragalactic protons below it
在10^{18.6} eV（脚踝）附近，超高能宇宙射线（UHECR）光谱的斜率急剧变化，结合脚踝附近和下方的轻但河外成分演变为中间成分的证据，已经证明理论上非常具有挑战性。我们表明，对于一系列的源条件下，超高能核的光衰变在周围的区域UHECR加速器自然占观察到的光谱和组成的整个河外成分，占主导地位的约10^{17.5} eV以上。该机制在中微子的光谱和味道上有明确的特征。
2015-12-01 astro-ph.HE
Neutrino and Cosmic-Ray Release from Gamma-Ray Bursts: Time-Dependent Simulations
我们重新审视了中微子和超高能宇宙线（UHECR）的生产从伽马射线暴（GRB）与时间相关的质子诱导级联的模拟。这种方法可以产生自洽的光子、中微子和逃逸中子谱。为了得到综合的背景光谱，我们考虑了爆发亮度和脉冲持续时间的时间尺度的分布。一个基准的情况下，与标准的伽玛射线暴光度函数，一个散装洛伦兹因子$Γ=300$和质子伽玛射线光度分数$f_{\rm p}=10$，是一致的中微子上限和观测到的UHECR强度在$\sim 10^{20}$ eV，而需要不同类型的UHECR源在脚踝。对于基准情况下，伽玛暴在亮度函数的亮端，贡献了大部分的中微子，其光子光谱基本上被二次光子扭曲。这样明亮的伽玛暴数量很少，减少它们的$f_p$可以消除畸变，同时减少中微子的产生。即使我们忽略最亮的伽玛暴的贡献，GZK能量的UHECR产生率几乎没有变化。这些名义GRB模型，特别是与$L_{\rm iso} \lesssim 10^{53} ~\mbox{erg} ~\mbox{s}^{-1}$，似乎满足目前的限制，只要是候选UHECR源以上的脚踝能量。
2014-02-25 astro-ph.HE
On ultra high energy cosmic rays and their resultant gamma rays
费米大面积望远镜（Fermi LAT）合作最近报告了对$100\mbox{MeV}$和$820\mbox{GeV}$之间各向同性河外伽马射线背景（EGRB）光谱的50个月测量。超高能宇宙射线（UHECR）质子与宇宙微波背景（CMB）光子相互作用，并产生能量为$10\mbox{MeV}\mbox{-}1\mbox{TeV}$的级联光子，这些光子对EGRB通量有贡献。我们研究了七种可能的演化模型UHECR，并发现UHECR源，恒星形成率（SFR），中低光度活动星系核类型-1（$L = 10^{43.5}\mbox{erg sec}^{-1}$在$[0.5\mbox{-}2]\mbox{KeV}$带），BL Lacertae对象（BL Lacs）的演变是最可接受的所观察到的EGRB所施加的限制。其他可能性产生过多的二次$γ$辐射。在所有情况下，衰变的暗物质的贡献都改善了高能时的拟合，但尚未解决的耀变体的贡献（它将使衰变的暗物质的作用最小）可能还提供了另一种改进。正如Ajello等人（2015）最近声称的那样，整个EGRB都可以安装可分辨但尚未分辨的耀变体的可能性，将在EGRB中留下很少的空间来容纳来自河外UHECR生产的$γ$ -射线，即使对于许多源演化速率，否则是可以接受的。我们发现，在假设的UHECR主要是质子，有没有足够的空间产生河外UHECR与AGN，GRB，甚至SFR源演化。另…
2016-03-13 astro-ph.HE
A self-consistent interpretation of the GeV-TeV emission from a distant blazar PKS 1424+240
我们提出了一个自洽解释遥远blazar PKS 1424+240的GeV-TeV能谱的方案。在这种假设中，我们假设耀变体喷流中存在超高能质子，它们通过相对论质子和由$pγ$相互作用产生的成对级联的同步辐射产生γ射线，同时，其中一些超高能质子可能从喷流中逃逸并注入星系际空间。因此，我们假设UHE宇宙射线（CR）起源于喷流中的相对论质子，并使用能量无关的逃逸时间尺度来获得UHECR注入谱。计算了由源注入的γ射线和由耀变体发射的UHECR在星系际空间传播过程中与光子背景相互作用产生的次级γ射线的贡献。我们的结果表明，这种方案是能够再现的GeV-TeV的光谱PKS 1424+240自洽在广泛的红移范围$0.6<z<1.3$。所需的相对论性喷流功率$L_p\simeq3\times10^{46}\ \rm erg\ s^{-1}$仅适度地依赖于假设的源红移，而质子逃逸时间尺度（和注入的UHECR光度）强烈地依赖于$z$。我们比较了积分TeV通量预测在我们的方案与计划切伦科夫望远镜阵列（CTA）的灵敏度，并讨论了对未来观测的影响。
2015-02-26 astro-ph.HE
Testing Narrow-jet Gamma-Ray Bursts as Sources of Ultrahigh-Energy Cosmic Rays
University of Florida（佛罗里达大学）；University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（国家理论与计算科学研究所）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
本研究通过三种源演化模型拟合观测数据，发现本地窄喷流GRB种群可解释最高能UHECR通量，且不违反多信使约束，其重子加载因子约为10。
2026-08-28 astro-ph.HE
Origin of the ankle in the ultra-high energy cosmic ray spectrum and of the extragalactic protons below it
高能宇宙线（UHECR）光谱在10^18.6 eV（脚踝）附近斜率的急剧变化，加上脚踝附近和下方的轻但河外成分以及脚踝上方的中间成分的证据，已经证明在理论上理解极具挑战性，没有微调。我们提出了一个机制，即光衰变的超高能电子回旋共振加速器周围的区域的原子核占在地球上观察到的光谱和推断的组成。在合适的源条件下，该模型再现了整个河外宇宙线能量范围（即10^17.5 eV以上）的光谱和成分。对由此产生的中微子的光谱和味的预测也被提出。
2015-11-04 astro-ph.HE
Tidal disruption jets as the source of Ultra-High Energy Cosmic Rays
对壮观的、类似耀变体的潮汐破裂事件（TDE）候选者斯威夫特J1644+57和J2058+05的观测表明，将质子加速到10^{20} eV所需的条件似乎在外部喷流中实现，也可能在内部喷流中实现。直接和间接的估计率喷射的TDEs，他们注入的能量，是兼容的超高能宇宙射线（UHECR）的观测通量和丰富的目前贡献的来源。因此，TDE喷流可能是UHECR的主要来源，甚至与纯质子成分相容。
2014-11-03 astro-ph.HE
Stochastic description of UHECR interactions
本研究提出基于矩阵指数分布理论的UHECR相互作用随机解析描述方法，精度更高、计算成本更低，可连续描述源内到河外的成分演化，并探讨了其用于UHECR源定位的潜力。
2025-02-24 astro-ph.HE
Constraints on the proton fraction of cosmic rays at the highest energies and the consequences for cosmogenic neutrinos and photons
本研究结合多信使观测约束，量化最高能段超高能质子的可能占比，分析其对应的宇宙生成中微子与伽马射线流强，为未来多信使观测提供新方向。
2024-03-06 astro-ph.HE
UHECR correlations taking account of composition and Galactic magnetic deflections
我们预测了宇宙射线的到达方向分布，包括它们在银河系磁场中的偏转，对于几种组合的源和成分假设：源是硬X射线活动星系核或均匀采样的星系物质分布，在源处的成分是纯质子或是银河系宇宙线成分CREAM测量。我们使用Jansson-Farrar 2012模型的常规分量用于GMF，并允许刚度低至2 EeV。我们报告的相关性发表的UHECR，重新调整事件能量，以调和光谱的不同的实验，并考虑到整体能量的不确定性，不同的组成假设被认为是。这项工作证明了计算GMF偏转到足够低的刚度，以允许在相关性研究中的重组合物的可行性，并且即使对于混合或重组合物，只要UHECR来自局部宇宙，也应该预期非平凡的到达方向结构。
2013-08-19 astro-ph.HE
The high entropy of the UHECR arrival direction distribution favors a light composition
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究通过提出一种半解析描述方法、引入与银河磁场无关的各向异性熵度量，分析Auger数据后发现，UHECR到达方向分布的高熵支持轻成分（质子）模型，在96%置信水平下排除重核模型。
2026-08-19 astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Ray, Neutrino, and Photon Propagation and the Multi-Messenger Approach
第一讲讨论了从宇宙学源通过河外空间传播A=1（质子）到A=56（铁）的UHECR核。这是其次，在第二和第三讲座的考虑产生和传播的二次粒子通过UHECR损失相互作用。在第二个讲座中，我们专注于弥漫宇宙成因的UHE中微子通量的产生。在第三讲中，我们研究了UHE光子流到达地球的通量。在最后一个讲座中，前面的讲座的结果放在一起，以提供新的见解UHECR源。其中第一个提供了一种方法，通过测量UHECR光谱及其在地球上的光子分数来调查当地人口的UHECR源。其中第二个通过在地球上对UHECR核的可能观测提供了对UHECR源辐射场的约束。
2009-02-18 astro-ph.HE
Ultra-high energy cosmic rays deflection by the Intergalactic Magnetic Field
超高能宇宙射线（UHECR）的起源和组成仍然是一个谜。普遍的说法是，超高能电子回旋共振会被银河系和河外磁场从它们的主方向偏转。在这里，我们描述了银河系外的贡献，不依赖于初始种子场的强度和方向的偏转的UHECRs。使用的IllustrisTNG模拟，我们表明，外流驱动的磁泡在星系形成过程中产生的反馈过程偏转大约一半的所有$10^{20}$电子伏特质子的$1^{\circ}$或更多，并高达$20$ - $30^{\circ}$。这意味着，在星系际介质中的偏转必须考虑到，以确定源的UHECR。
2021-01-18 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
Extragalactic Sources and Propagation of UHECRs
利用公开可用的传播地外UHE粒子的天体物理模拟框架CRPropa 3，现在可以有效地研究现实的UHECR源场景，包括银河系和河外磁场的偏转。在这里，我们讨论了三个最近的研究已经在这个方向上完成。第一个调查可以预期的情况下，最大允许的星系际磁场。这里表明，即使空洞包含强磁场，附近来源的能量为$\gtrsim 60 \; \text{EeV}$的质子的偏转可能足够小，以允许UHECR天文学。第二项研究着眼于几种情况下，一个较小的磁化集中在大规模的各向异性。结果表明，局部源分布对大尺度各向异性的影响比EGMF模型更为显著。例如，一个显著的偶极子分量可以用5 Mpc距离内的主导源来解释。第三项研究探讨了UHECRs是否来自本地射电星系。如果是这种情况，则难以再现所观察到的低水平的各向异性。因此得出结论，此处使用的EGMF模型中空隙中的磁场强度过低和/或存在这些模拟中未考虑的其他UHECR源。
2017-05-05 astro-ph.HE
Cosmogenic Neutrinos Challenge the Cosmic Ray Proton Dip Model
超高能宇宙射线（UHECR）的起源和组成仍然是一个谜。质子浸渍模型描述了它们在$10^9$ GeV以上能量范围内的光谱形状，通过对产生和与宇宙微波背景的光强子相互作用。光强子相互作用也产生宇宙成因中微子，峰值在$10^9$ GeV附近。我们测试这个模型是否仍然是可行的，根据最近的UHECR光谱测量从望远镜阵列实验，和上限宇宙成因中微子流量从冰立方。虽然两个参数的拟合已经提出，我们进行了全面扫描的三个主要的物理模型参数：源红移的演变，注入质子的最大能量，光谱指数。我们发现定性不同的结论相比，早期的两个参数在文献中的拟合：一个温和的偏好，而不是Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止，硬注入光谱的最大能量截止源，和强大的源演化。预测宇宙成因中微子流量超过冰立方限制的任何参数组合。结果表明，质子浸渍模型在大于95% C. L.这是强有力的证据，对这个模型独立的质量组成测量。
2016-07-15 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
