Cosmogenic gamma-ray and neutrino fluxes from blazars associated with IceCube events
耀变体构成了河外$γ$射线源的绝大多数。它们也可以贡献冰立方探测到的相当大一部分弥漫的天体物理中微子。在过去的几年里，冰立方的实时警报系统导致了对可能来自天体物理学的极高能量中微子事件的多波长跟踪。这些中微子事件与$γ$射线耀变体的高活性状态在空间和时间上的巧合可以提供一个独特的机会来破译相对论喷流中的宇宙射线相互作用。假设耀变体将宇宙射线加速到高能（$E>10^{17}$ eV），我们计算了与冰立方中微子事件相关的四个耀变体对视线宇宙成因$γ$射线和中微子通量的“保证”贡献。即将到来的$γ$射线成像望远镜（如CTA）和/或计划中的中微子探测器（如IceCube-Gen 2）对这些通量的探测可能会导致超高能宇宙射线（UHECR）源的第一个直接签名。我们发现，探测来自耀变体TXS~0506+056、PKS~1502+106和GB 6 ~J1040+0617的宇宙成因中微子流需要UHECR光度$\gtrsim 10$乘以由冰立方事件推断的中微子光度。如果UHECR的光度是由冰立方事件推断的中微子光度的$\gtrsim 10$倍，那么Blazar TXS~0506+056、3 HSP ~J095507.9+355101和GB 6 ~J1040+0617都可以被CTA探测到。考虑到它们相对较低的红移和总能量，TXS~0506+056和3 HSP ~J095507.9+355101应该是即将…
2022-01-25 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
Ultrahigh energy cosmic rays from nearby starburst galaxies
超高能宇宙射线是自然界中观测到的亚原子粒子中能量最高的。寻找它们神秘的起源是目前科学界面临的一个重大挑战。在这里，我们探索这些粒子来自附近的星暴星系的可能性，这一情景与最近望远镜阵列实验观察到的宇宙射线热点相匹配，该热点位于距离星暴星系M82方向不远的57~EeV以上。具体而言，我们研究的随机传播的高能宇宙射线在空间中通过国家的最先进的模拟框架CRPropa~3，考虑到所有相关的粒子相互作用以及偏转的干预磁场。为了确保对这个模型的全面理解，我们考虑了能谱，宇宙成因中微子和伽马射线，以及到达方向的分布。星暴星系的情景很好地再现了望远镜阵列和皮埃尔俄歇天文台的观测结果，使其对于解释最高能量的宇宙射线的起源非常有吸引力。
2018-05-08 astro-ph.HE
Disappointing model for ultrahigh-energy cosmic rays
俄歇天文台的观测数据表明，在（1 - 3）EeV处，超高能宇宙射线谱的化学成分以质子为主，随着能量的增加，其化学成分逐渐变重。为了解释这一特征，我们假设（1 - 3）EeV的质子是河外质子，并推导出它们的最大加速能量E_p^{max} \simeq 4 EeV，这与光谱和组成都是一致的。我们还假设了重核的刚性相关加速机制E_A^{max} = Z x E_p^{max}。该模型有相当令人失望的结果：i）没有π光子的CMB光子在河外空间的光生，因此ii）没有高能量宇宙成因中微子流量; iii）没有GZK截止的频谱; iv）没有相关性，由于核偏转在银河系磁场的最高能量附近的源。
2011-05-05 astro-ph.HE
A New Full 3-D Model of Cosmogenic Tritium $^3$H Production in the Atmosphere (CRAC:3H)
本文提出了一个宇宙成因氚（$^3$ H）在大气中产生的新模型。该模型属于CRAC（Cosmic-Ray Atmospheric Cascade）族，命名为CRAC：3 H。它是基于一个完整的蒙特卡罗模拟的宇宙射线诱导的大气级联使用的Geant 4工具包。CRAC：3 H模型首次能够计算任何位置和时间的氚产生，对于任何给定的初级入射宇宙射线粒子的能谱，也是第一次明确处理比质子重的粒子。该模式为利用$^3$ H作为大气和水文循环的示踪剂提供了一个有用的工具。一个实际使用的模型的数值配方被追加。
2020-09-16 astro-ph.EP astro-ph.HE
Cosmogenic Origin of KM3-230213A: Delayed Gamma-Ray Emission from A Cosmic-Ray Transient
Raman Research Institute（拉曼研究所）；University of Florida（佛罗里达大学）
研究通过延迟伽马射线发射揭示KM3-230213A的宇宙起源，探讨宇宙射线暂现体与宇宙背景辐射的相互作用及多TeV伽马射线的探测。
2025-12-30 astro-ph.HE
High Energy Neutrino Astronomy
超高能中微子理论的简要回顾。讨论了超新星遗迹、伽马射线暴、活动星系核等加速源。自上而下的来源包括拓扑缺陷（TD），超重暗物质（SHDM）和镜像物质。扩散通量被认为是宇宙成因和自上而下的中微子。根据费米-LAT的高能γ辐射扩散数据，对中微子扩散通量的级联上限进行了研究。这是最普遍和严格的上限，适用于宇宙起源和自上而下的模型。目前，许多探测器的上限接近级联上限，5年冰立方上限将远低于它。
2011-02-17 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
Cosmogenic gamma-rays and the composition of cosmic rays
我们讨论了探测超高能（UHE）宇宙线（CR）核的来源，通过他们的宇宙成因的γ射线在GeV到TeV的能量范围内的发射的前景。这些伽马射线是由CR在宇宙辐射背景中传播期间发射的高能光子、电子和正电子引发的电磁级联产生的，并且与源附近的伽马射线的同时发射无关。UHE CR核（具有质量数A和电荷Z）的相应产生功率由π介子光生（~ A）和贝特-海特勒对产生（~ Z^2）控制。我们表明，宇宙成因的γ射线信号从一个单一的稳定UHE CR源通常是更强大的源成分和注入光谱的变化比宇宙成因中微子的伴随信号。我们研究了河外CR源的漫射辐射和最近源的点源辐射。
2011-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing Heavy Sterile Neutrinos at Ultrahigh Energy Neutrino Telescopes via the Dipole Portal
本文研究通过磁偶极门户在超高能中微子望远镜中探测重惰性中微子，发现未来tau中微子望远镜可探测高达30 TeV质量的惰性中微子。
2022-04-21 astro-ph.HE hep-ph
Probing a cosmogenic origin of astrophysical neutrinos and cosmic rays using gamma-ray observations of TXS 0506+056
CP3-Origins, University of Southern Denmark（南丹麦大学）；DePauw University（迪堡大学）；University of Delaware（特拉华大学）；University of Utah（犹他大学）；Washington University（华盛顿大学）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California Polytechnic State University（加州州立理工大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
通过TXS 0506+056的伽马射线观测，研究宇宙起源的天体中微子和宇宙射线的起源。
2025-11-08 astro-ph.HE
Spin-flavor oscillations of ultrahigh-energy cosmic neutrinos in interstellar space: The role of neutrino magnetic moments
在双中微子混合假设下，从理论上分析了中微子磁矩对超高能宇宙中微子在星际空间传播的可能影响。在有磁场和物质存在的情况下，得到了中微子演化有效方程的精确解，该解可解释对应于正负螺旋度两种不同味态的四种中微子.利用最严格的天体物理界对假定的中微子磁矩，中微子味和自旋振荡的概率计算得到的精确解的基础上。自旋味振荡的具体模式确定中微子能量值的特点，分别是宇宙成因中微子，格瑞森-扎采平-库兹'分钟（GZK）截止，以及以上的截止。
2017-11-22 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
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
Probing superheavy dark matter through lunar radio observations of ultrahigh-energy neutrinos and the impacts of neutrino cascades
本文首次结合中微子级联效应计算地球中微子通量，研究月面射电观测对10^12 GeV以上超重暗物质的探测灵敏度，证明超长波长月面射电望远镜和现有低频阵列可给出最严格限制。
2025-03-01 astro-ph.HE hep-ph
Nuclear and electromagnetic cascades induced by ultrahigh-energy cosmic rays in radio galaxies: implications for Centaurus A
本文开发了自洽耦合核级联与电磁级联的UHECR输运数值程序，以半人马座A为对象定量研究其大型喷流中UHECR原子核与光子场作用产生的VHE γ射线信号，证明中等质量核主导时地面望远镜有望探测到该信号。
2023-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Implications of multiwavelength spectrum on cosmic-ray acceleration in blazar TXS 0506+056
MAGIC合作最近分析了来自$γ$射线耀变体TXS 0506+056的长期多波长活动的数据。2018年12月，它在极高能量（VHE; $E>100$ GeV）$γ$射线带中闪耀，但没有检测到同时发生的中微子事件。我们的模型所观察到的光谱能量分布（SED），使用一个带lepohadronic发射。通过观测到的X射线通量对能量为$E_p \lesssim 0.1$ EeV的质子引发的强子级联产生的次级辐射的限制，估算了中微子通量。我们假设超高能宇宙射线（UHECR; $E\gtrsim0.1$ EeV），具有与低能谱相同的斜率和归一化，在喷流中加速，但有效地逃逸。我们在一个随机的、湍流的河外磁场（EGMF）中传播UHE质子。从喷气轻子发射占主导地位的GeV范围内，而级联发射CR相互作用的喷气大大有助于X射线和VHE范围。来自UHECR的视线宇宙成因$γ$射线在VHE光谱中产生硬化。我们的模型预测的中微子从喷流是一致的7.5年的流量限制IceCube，并显示在MAGIC运动没有变化。因此，我们推断GeV-TeV $γ$ -射线与中微子耀斑之间的相关性是极小的。CR中的光度限制了宇宙成因的$γ$射线通量，这反过来又将EGMF的RMS值限制为$\gtrsim 10^{-5}$ nG。宇宙成因中微子通量低于IceCube-Gen 2 10年观测的探测潜力。VHE $γ$ -射线的可变性应该是由…
2022-10-18 astro-ph.HE
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
Tau energy loss and ultrahigh energy skimming tau neutrinos
我们考虑了在天体物理τ中微子相互作用中产生的高能掠地τ介子的传播。对于天体物理学上的τ中微子，我们采用一般的幂律通量，$E^{-2}$和由质子引发的宇宙起源通量。我们计算tau能量损失的几种方法，如偶极模型和唯象的方法，其中参数化的$F_2$使用。我们使用相同的方法来评估τ中微子的带电电流截面的一致性。我们发现，在中微子截面的不确定性和在tau能量损失部分补偿给新兴的tau通量非常小的理论不确定性的距离范围从$2$公里到$100$公里和$10^6$ GeV和$10^{11}$ GeV之间的能量范围，专注于$10^8$ GeV以上的能量。当我们考虑中微子截面的不确定性、中微子相互作用的非弹性和τ能量损失时，它们是不相关的，即它们不是都用相同的方法计算的，理论不确定性的范围从$10^8$ GeV的大约$30\%$和$60 \%$到$10^{11}$ GeV的大约3.3和3.8倍，分别用于$E^{-2}$通量和宇宙成因通量，距离岩石10公里。对于更大的距离，预测的扩散显著增加，例如，$\sim 1,000$ km.大部分的不确定性来自于对tau在远距离运输中的光核相互作用的处理。我们还考虑了τ传播的Monte Carlo计算，我们发现新兴的τ通量的结果是使用解析方法得到的结果一致。我们的结果是相关的几个实验，正在寻找撇去天体物理学taus，如皮埃尔俄歇天文台，HAWC和Ashra。我们评…
2017-07-07 astro-ph.HE hep-ph
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 interpretation of IceCube cascade events in terms of the Glashow resonance
IceCube实验（IC）最近观察到2个能量在1到10 PeV之间的级联事件。这种能量与没有观测到μ子径迹事件的事实相结合，可以解释为宇宙成因的$\bar ν_e$通过强子共振（GR）$\bar ν_e e \to W^-\to$（强子或$\bar ν_e e$）在IC中相互作用。我们指出了一个独特的，背景免费签名的GR，一个单独的孤立μ子不伴随任何淋浴活动的相互作用$\bar ν_e e \to W^-\to \bar ν_μμ^-$，并提出它作为一个测试这种解释。我们计算了事件的数量，发现一个单一的这样的事件预计在约三年的时间内IC。我们还表明，如果事件发生率保持在目前的水平，那么，即使与GR，标准的宇宙成因通量不能很容易地解释的意见。此外，如果μ子轨道仍然因其缺失而引人注目，那么就需要调用新的物理学。作为符合观测的例子，我们计算了中微子衰变和洛伦兹不变性破坏的事件率。
2012-09-11 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
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
Ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei and neutrinos from engine-driven supernovae
跨相对论性超新星（SNe）可能是由中心引擎通过喷流或风驱动的，是超高能宇宙射线（UHECR）的候选来源之一。我们调查的加速和生存的UHECR核在外部反向冲击的情况下。利用Zhang等人（2018）中使用的成分模型，我们计算了逃逸宇宙射线和次级中微子的光谱。如果它们的局部速率是核心坍缩超新星速率的$\sim1$ %，那么观测到的UHECR谱和成分可以用宇宙线总能量${\mathcal E}_{\rm cr}\sim10^{51}$ erg来解释。UHECR核的最大能量可达$\sim 10^{20}-{10}^{21}\rm~eV$。在0.1-1 EeV的范围内，源中微子的扩散通量被预测为$\sim 10^{-11} - 10^{-10}~{\rm GeV}~{\rm cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}~{\rm sr}^{-1}$，满足核存活边界。计算了相关的宇宙成因中微子通量，结果表明与源中微子通量相当，甚至更高。这些超高能中微子可以被终极探测器探测到，如巨型射电阿斯卡里安中微子探测器和极端多信使天体物理探测器。
2019-09-26 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Probing Lorentz Invariance Violation in Cosmogenic Neutrino Propagation with KM3-230213A
Universidade Estadual de Londrina (UEL)（隆德里纳州立大学）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)（圣卡洛斯联邦大学）；Universidade Tecnológica Federal do Paraná（巴拉那联邦技术大学）；Universidade Federal do Espírito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；Universidade Federal da Integração Latino-Americana（拉丁美洲融合联邦大学）
本研究利用CRPropa 3.2模拟宇宙源中微子通量，结合KM3-230213A事件评估超光速洛伦兹不变性破缺的观测灵敏度，发现特定系数范围可增强事件率，为未来中微子望远镜提供可检验预测。
2026-09-14 astro-ph.HE hep-ph
Ultrahigh Energy Neutrinos at the Pierre Auger Observatory
对高能中微子的观测已成为实验天体粒子物理学的一个重点。UHE中微子可以用各种技术检测到。特别是，中微子可以在大气中（下行中微子）或地壳中（掠地中微子）相互作用，产生可以用地面探测器阵列观察到的空气簇射。利用皮埃尔·俄歇天文台的表面探测器阵列，我们可以探测到这些类型的级联。中微子事件的显著特征是在接近地面的地方（即在穿越大量大气层之后）产生非常倾斜的簇射。在这项工作中，我们审查的程序和标准建立的UHE中微子在收集的数据与皮埃尔俄歇天文台地面阵列搜索。这包括掠过地球的中微子和向下运动的中微子。没有中微子候选人被发现，这使我们能够把竞争限制的扩散通量的UHE中微子在EeV范围内及以上。
2013-04-05 astro-ph.HE
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
GeoSynchrotron Radiation from Earth Skimming Tau Neutrino Shower
宇宙成因中微子预计来自经历GZK过程的高能宇宙射线，并预计通过探测τ轻子衰变的空气簇射来观察。我们用CORSIKA模拟的簇射结构计算了$10^{17}$ eV以上的τ衰变簇射的相干地球同步辐射。我们提出了无线电波的模式和频谱，并讨论了它们的检测无线电天线。
2009-09-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
PeV-EeV neutrinos from gamma-ray blazars due to ultrahigh-energy cosmic-ray propagation
耀变体是宇宙射线加速到高能（$E\gtrsim10^{18}$ eV）的潜在候选者。为了从耀变体中有效地注入宇宙射线，$pγ$与河外背景光（EBL）和宇宙微波背景（CMB）的碰撞可以分别在PeV和EeV能量附近产生中微子谱峰。我们分析了这些中微子的贡献，冰立方中微子天文台测量的扩散背景。利用\textit{Fermi} -LAT 4LAC星表中提供的BL Lac和FSRQ的分布，计算了来自各个红移范围的中微子光度的比例。此外，我们使用光度依赖的密度演化来寻找未分辨耀变体的中微子通量。在我们的模型中得到的结果表明，在几个PeV能量的通量上限的$\approx10\%$可以产生宇宙射线相互作用EBL。同样的相互作用也会产生二次电子和光子，引发电磁级联。由此产生的光子光谱是有限的各向同性扩散$γ$ -射线通量之间测量100 MeV和820 GeV。后者与观测到的$E>10^{16.5}$ eV处的宇宙线通量一起，可以根据最大宇宙线加速能量来约束重子加载因子。
2021-02-09 astro-ph.HE
ELMAG: A Monte Carlo simulation of electromagnetic cascades on the extragalactic background light and in magnetic fields
介绍了一个模拟高能光子和电子与河外背景光相互作用引发电磁级联的蒙特卡罗程序。电子对产生和逆康普顿散射的EBL光子以及同步辐射损失和偏转的荷电分量在河外磁场（EGMF）的模拟包括。为了减少二次粒子数和提高计算速度，对叶栅发展过程进行了加权采样。作为最终结果，模拟程序提供了能量，观察角度，和时间延迟的次级级联粒子在当前的时代。可能的应用是TeV耀变体的研究和EGMF对其光谱的影响，或计算来自高能宇宙射线或暗物质对弥漫的河外伽马射线背景的贡献。作为一个例子，我们提出的结果偏转和时间延迟相关的EGMF的限制的推导。
2012-01-11 astro-ph.HE
UHE neutrinos from Pop III stars: concept and constraints
我们重新考虑的中微子生产模型在“明亮的阶段”，首先在1977年提出的，根据现代的理解的作用，流行III星和加速的粒子在超新星冲击。我们专注于宇宙成因的UHE中微子在超新星爆炸，伴随着流行III星的死亡的生产。加速的质子在与CMB光子的碰撞中产生中微子。我们故意使用简化的假设，使我们的结果透明。波普III星被认为是WMAP观测到的宇宙再电离的原因。由于Pop III星的演化速度比哈勃速率快得多，我们认为UHE质子产生的爆发发生在固定的红移（z_b=10-20）。我们讨论了早期宇宙中无碰撞冲击和粒子加速的形成。加速粒子的组成预计是质子为主。通过一个简单的计算，说明了亮相爆发产生的散射中微子流集中在$7.5 \times 10^{15}(20/z_b)^2$ eV附近的一个较窄的范围内. $ν_μ$通量可以被冰立方探测到，而不会违反级联上限和与Pop III星相关的SNe的预期能量。从Pop III星产生中微子的一个可能的特征可能是探测到中微子共振事件。对于$z_b=20$和$\barν_e$ -通量在级联上限的爆发，在5年的观测中，IceCube中的共振事件的数量可能高达10个事件。这些事件具有相等的能量，$E=6.3\times 10^{15}$ eV，以e-m级联的形式。鉴于UHE宇宙成因中微子通量的现有预测存在很大的不确定性，我们认为，来自第一颗恒星的中微子可能成为UHE中微子天…
2011-11-23 astro-ph.HE
Probing the energy spectrum of hadrons in proton air interactions at ultrahigh energies through the fluctuations of the muon content of extensive air showers
我们证明了广泛的空气簇射的μ介子含量的波动与超高能宇宙射线的第一次相互作用的变量的波动相关，这是从维持强子级联的强子所携带的能量的分数计算的。阵雨发展的后续阶段的影响被发现发挥了次主导作用。因此，μ子含量的“从”到"簇射“分布是对超过100 TeV质心能量的相互作用的强子能谱的直接探测。
2018-07-12 astro-ph.HE hep-ph
Cascade photons as test of protons in UHECR
费米LAT测量的高能$γ$射线谱的各向同性分量约束了UHECR的质子分量。最强的限制来自最高的$(580-820)$ GeV能量仓。对质子分量的另一个限制是由冰立方提供的对高能宇宙成因中微子通量的上限。我们研究了这些限制对源性质的影响，如源的演化和分布，它们的能谱和核的混合。我们还研究了各种费米LAT银河前景模型（模型B的限制较少），河外背景光模型的选择和整体正常化的能谱的限制的敏感性。我们认为，$γ$ -射线级联约束比中微子约束更强，而且无论多少质子模型都是可行的。这种模型的基本参数是相对大的$γ_g$和不是很大的$z_{\max}$。允许使用H $e^4$混合物也放宽了限制。然而，我们预见到，未来CTA测量的$γ$ -射线谱在$E_γ\simeq (600 - 800)$ GeV，以及解决更多的个人$γ$ -射线源，可能会排除质子主导的宇宙射线模型。
2016-08-28 astro-ph.HE
Ultrahigh-energy cosmic-ray signature in GRB 221009A
Swift-BAT和Fermi-GBM望远镜迄今为止探测到的最明亮的长伽马射线暴GRB~ 221009 A为了解极端瞬态现象中的高能过程提供了前所未有的机会。我们发现，传统的轻子模型，同步加速器和同步加速器自康普顿，从这个源的余辉发射有困难解释观测的$\gtrsim 10$ TeV $γ$射线，由LHAASO探测器，并扩展到18 TeV的能量。我们模型的$γ$射线谱估计的能量范围为0.1-1 GeV的费米-LAT探测器。我们的轻子模型预测的流量是严重衰减的$> 1$ TeV由于$γγ$对生产与河外背景光，因此需要一个额外的组件在$\gtrsim 10$ TeV。超高能宇宙射线在伽玛暴冲击波中被加速，其传播在河外介质中引起电磁级联。该通量的视线分量可以解释LHAASO检测到的$\gtrsim 10$ TeV的发射，需要超高能宇宙射线中GRB爆炸波能量的一小部分。这可能是伽玛暴中超高能宇宙射线加速的迹象。
2023-01-19 astro-ph.HE hep-ph
GZK Neutrinos after the Fermi-LAT Diffuse Photon Flux Measurement
宇宙成因中微子起源于宇宙线质子与宇宙微波背景（CMB）的光强子相互作用。中微子的产生速率可以通过伴随的电子、正电子和伽马射线来限制，这些电子、正电子和伽马射线快速地级联在CMB和星系际磁场上，以降低能量并产生GeV-TeV区域的伽马射线背景。质子产生的贝特-海特勒对也有助于级联，并可以在河外宇宙射线开始以相对较低的“交叉”能量主导银河系成分的模型中收紧中微子约束。我们调查这个问题的光最近的费米-LAT测量的弥漫河外伽马射线背景，并说明了一个适合HiRes光谱如何预测宇宙成因中微子通量的全质子模型的交叉能量的变化。当应用γ射线束缚时，中微子通量需要更小，但是如果适当考虑宇宙射线测量的能量不确定性，这样的模型仍然与HiRes和Fermi-LAT一致。目前允许的通量是在冰立方中微子望远镜和其他专门的无线电实验的范围内。
2010-06-29 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Clues from Amaterasu: Blazar-Driven Ultrahigh-Energy Cosmic Rays?
研究探讨附近耀变体 PKS~1717+177 在洛伦兹不变性破缺下作为 244 EeV 天照超高能宇宙射线事件来源的可行性，提出多信使框架并预测中微子通量。
2025-07-09 astro-ph.HE
Prospects for joint cosmic ray and neutrino constraints on the evolution of trans-GZK proton sources
本研究探讨未来宇宙线与中微子观测如何联合约束产生超高能质子的源演化，发现结合质子比例与中微子通量测量可获强约束，且当前数据偏好可被下一代实验探测的模型。
2023-05-14 astro-ph.HE
Ultrahigh-energy cosmic rays
超高能宇宙射线（UHECR）从宇宙中能量最高的天体物理加速器到达地球。它们与高层大气中的原子碰撞，能量比任何人造加速器高出10倍，并产生巨大的次级粒子级联，称为广泛的空气簇射（EAS）。通过在大面积上散布粒子探测器来记录次级粒子的相互作用，可以探测到大范围的空气簇射。皮埃尔·俄歇天文台的设计目的是利用地面阵列提供的信息，测量地面次级粒子的横向分布，以及荧光望远镜提供的信息，观测EAS电磁分量的纵向剖面，以调查UHECR的起源和性质，从而提供增强的重建能力。在这篇文章中，将回顾理解UHECRs物理的现状和前景，重点是由于皮埃尔俄歇天文台的测量所取得的进展。皮埃尔·俄歇天文台收集的超高能宇宙射线数据的物理结果开辟了新的视角，并促使天文台AugerPrime升级，其主要特点也被介绍。
2018-12-17 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Demystifying the PeV Cascades in IceCube: Less (Energy) is More (Events)
冰立方中微子天文台探测到两个能量接近1 PeV的级联事件。在不引用新物理学的情况下，我们分析了这些中微子的来源。我们表明，大气中的常规中微子和宇宙成因中微子（超高能宇宙射线传播中产生的中微子）是强烈不利的。对于大气瞬发中微子或天体物理物体中产生的中微子扩散背景，情况就不那么清楚了。我们发现，有紧张局势与观测数据，但细节取决于最不为人所知的方面的冰立方分析。很可能，瞬发中微子是不受欢迎的，而天体物理中微子是可信的。我们表明，最快的方法来揭示所观察到的PeV中微子的起源是寻找中微子级联在低于1 PeV的范围内，专门的分析与高灵敏度尚未出现，并在那里可以找到更多的事件。
2013-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Detectability of ultrahigh energy cosmic ray signatures in gamma rays
超高能宇宙射线注入星系际介质，通过初级粒子与辐射背景相互作用产生高电磁分量，导致以源位置为中心的GeV-TeV γ射线晕的产生。本文探讨了这种伽马射线晕的可探测性的前景。我们探索了广泛的天体物理参数，包括大尺度结构中磁场的不均匀分布以及各种可能的化学成分和注入光谱;我们考虑了位于星系团外部的源的情况。相对于与超高能次级对的同步辐射相关的伽马射线通量，我们证明了它并不强烈地依赖于这些参数，并得出结论，其大小最终取决于初级宇宙射线中注入的能量。将宇宙线光度与对测量的宇宙线光谱的贡献联系起来，我们发现由相同光度源产生的伽马射线晕远低于当前或计划的仪器灵敏度。只有那些位于几百兆秒差距以上，并且在10^19 eV处贡献了大于10%的通量的稀有而强大的稳定源才有可能被探测到。我们还讨论了由超高能宇宙射线引发的逆康普顿/对产生级联产生的γ射线晕。后一种信号强烈地依赖于河外磁场的结构;如果B > 10^（-14）G的磁场的填充因子小于几倍，则在一定程度上它由同步信号支配。最后，我们简要讨论了附近潜在源的情况，如半人马座A。
2010-11-02 astro-ph.HE
Final state radiation from high and ultrahigh energy neutrino interactions
本文研究高能与超高能中微子相互作用中带电轻子发射末态辐射的现象，发现其可显著影响中微子望远镜和前向物理实验设施中的能量测量、味鉴别及部分子分布函数提取。
2025-02-05 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Probing QCD approach to thermal equilibrium with ultrahigh energy cosmic rays
皮埃尔·俄歇合作组织（Pierre Auger Collaboration）报告说，μ子的数量比预期的多出百分之几十，这是通过调整强子相互作用模型以适应大型强子对撞机数据而计算出来的。最近，我们提出了一个解释的μ介子过剩假设形成的退禁闭夸克物质（火球）状态的超相对论宇宙射线与空气核的中心碰撞。在其演化的第一阶段，火球包含胶子以及$u$和$d$夸克。非常高的重子化学势抑制胶子分裂成$u \bar u$和$d \bar d$，因此它们主要分裂成$s \bar s$对。在随后的强子化中，这导致了π介子和光子的强烈抑制，但允许重强子被发射出去，带走奇异性。以这种方式，强子与光子含量的极端不平衡提供了一种提高空气簇射的μ子含量的方法。在这篇文章中，我们研究了强子相互作用模型的理论系统学，该模型用于描述火球爆炸中产生的次级粒子的级联。我们研究的领导LHC调谐模型QGSJET II-04的俄歇分析中考虑的预测之一。
2018-11-19 astro-ph.HE hep-ph
Theoretical Study of Extensive Air Shower Effects in Atmosphere by Simulating the Lateral structure of Several Cosmic Radiations
广泛空气簇射（EAS）是初级宇宙射线与空气中的原子核相互作用产生大量次级粒子如X射线、电子、中子、μ子、α粒子等在大气中产生的电磁辐射和电离粒子的级联。EAS效应通过估计各种宇宙线粒子在低能处的横向分布函数（LDF）来证明。带电粒子如电子和正电子对的产生，γ和μ子粒子的LDF在电子能量为10^16，10^18和10^19 eV时进行了模拟。使用称为AIRES系统版本2.6.0的空气淋浴模拟器进行模拟。考虑了初始粒子、能量和天顶角对EAS中产生的带电粒子LDF的影响。比较带电粒子的LDF和实验结果，在天顶角为0和10时，电子和正电子对的产生和μ子粒子的产生在10^19 eV处有很好的一致性
2020-07-28 astro-ph.HE
Gamma rays as leptonic portals to energetic neutrinos: a new Monte Carlo approach
Sorbonne Université（索邦大学）
本文提出了一种新的蒙特卡洛方法，用于研究伽马射线作为轻子通路产生高能中微子的机制，并通过CRPropa框架分析了活动星系核核心的中微子生成过程。
2025-11-26 astro-ph.HE
Explaining muon excess in cosmic rays using the gluon condensation model
本文引入胶子凝聚模型（GC model）并使用AIRES引擎模拟，通过增加首次碰撞中的奇异性产生以提高K介子比例，减少向电磁级联的能量转移，从而解释广延空气簇射中观测到的μ子超出难题。
2024-08-26 astro-ph.HE
High-Fidelity Simulations of the Full Askaryan Radio Array and its Sensitivity to Ultra-High Energy Neutrinos
本文通过高保真模拟更新了南极ARA阵列对超高能中微子的有效体积、灵敏度与预期事件率，纳入次级粒子与多站符合贡献，并评估其在真实中微子搜寻中的可探测性，为未来超高能中微子观测提供依据。
2025-09-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Observable features in (ultra)high energy neutrinos due to active-sterile secret interactions
我们考虑了一种新的赝标粒子介导的活性无菌秘密中微子相互作用对高能和超高能中微子通量的影响。特别是，我们专注于3个活性和1个无菌中微子的情况下耦合的味道依赖的相互作用，扩展的情况下，1个活性和1个无菌中微子，我们最近检查。我们发现，根据无菌中微子与活动部门的相互作用的种类，新的区域的参数空间的秘密相互作用，现在允许导致有趣的现象学影响的两个基准通量，我们认为，即天体物理幂律通量，在低于100 PeV的范围内，和宇宙起源通量，在超高能量范围。首先，最终的有效通量可以在未来的实验中观察到可测量的损耗。特别是，在只有τ中微子相互作用的情况下，我们发现对天体物理幂律通量的影响可以如此之大，以至于已经被IceCube实验探测到。此外，我们发现风味比的能量依赖性具有有趣的特征。
2020-11-25 astro-ph.HE hep-ph
IceCube PeV-EeV Neutrinos and Secret Interactions of Neutrinos
我们发现，冰立方探测到的PeV中微子提出了独特的约束的“秘密”的中微子与宇宙中微子背景（C $ν$ B）的相互作用。对于介导玻色子质量$m_{X} \lesssim 2$ MeV，耦合必须为$g <0.03$;对于$m_{X} \gtrsim 20$ MeV，耦合必须为$g/m_{X} < 5$ GeV;对于中间玻色子质量$^{-1}$，耦合必须为$g/m_{X} < 0.07$ GeV。我们还研究了中微子级联通过升级C $ν$ B将高能中微子降解为PeV能量的可能性，由于能量守恒，PeV中微子的能量通量可以与Waxman-Bahcall束缚或宇宙成因中微子通量相一致。然而，一个大的耦合是必需的，这是不利的实验室衰变约束。PeV-EeV中微子的抑制是对Askaryan射电阵列的一个可检验的预测。
2014-06-06 astro-ph.HE hep-ph
Observational Constraints on the Ultra-high Energy Cosmic Neutrino Flux from the Second Flight of the ANITA Experiment
2009年1月，南极脉冲瞬变天线（ANITA）完成了第二次长时间气球飞行，在南极上空飞行了31天（28.5天）。ANITA搜索200至1200 MHz的脉冲相干无线电切伦科夫发射，这些发射来自南极冰内超高能中微子诱导级联中的Askaryan电荷过剩。这次飞行在有效载荷灵敏度、效率和更深冰层上的飞行轨迹方面比第一次飞行有了重大改进。对来自地面和地下位置的飞行中校准脉冲的分析验证了预期的灵敏度。在盲法分析中，我们发现2个存活事件的背景，主要是人为的，0.97 ± 0.42个事件。我们设定了迄今为止最强的极限为1-1000 EeV宇宙中微子，不包括目前的几个宇宙成因中微子模型。
2010-05-19 astro-ph.HE
Dark-Matter-Enhanced Probe of Relic Neutrino Clustering
Washington University（华盛顿大学）；New York University（纽约大学）；Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
利用重衰变暗物质探测宇宙中微子背景的局部聚类特性
2026-02-05 astro-ph.HE hep-ph
Sensitivity of BEACON to Ultra-High Energy Diffuse and Transient Neutrinos
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Warsaw（华沙大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Radboud University Nijmegen（奈梅亨拉德堡德大学）；NIKHEF（荷兰国家核与亚原子物理研究所）；University of Kansas（堪萨斯大学）；California Institute for Technology（加州理工学院）
BEACON通过高效设计探测超高能中微子，实现对短持续和长持续瞬变源的高灵敏度探测。
2025-07-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic-Ray Constraints on the Flux of Ultra-High-Energy Neutrino Event KM3-230213A
本文在瞬变源、弥漫辐射和视线方向相互作用三种场景下，结合多个观测台数据分析了超高能中微子事件KM3-230213A的起源，发现联合拟合在特定红移和光致π介子效率下依然可行，且点源宇宙成因光度与活动星系核黑洞爱丁顿光度相符。
2025-08-06 astro-ph.HE
Constraints on Cosmic Rays Acceleration in Bright Gamma-ray Bursts with Observations of Fermi
本研究利用Fermi-LAT观测数据，对12个明亮伽马射线暴的重子负载因子等喷流参数施加约束，得到多数暴$η_p<10$的强结果，可用于检验伽马射线暴作为超高能宇宙射线源的模型。
2025-01-16 astro-ph.HE
IceCube PeV neutrinos from heavy dark matter decay with 12 years HESE data
本文提出IceCube PeV中微子源于重暗物质衰变，通过QCD级联和电弱修正计算中微子通量，并利用12年HESE数据拟合出暗物质质量约9.4×10^6 GeV、寿命约4.2×10^28秒，且轻子道贡献极小。
2025-05-28 astro-ph.HE hep-ph
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
Widen the Resonance at Ultra-High Energies: Novel Probes of Neutrino Self-interactions in the High-Mass Regime
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）
研究提出利用超高能中微子与宇宙中微子背景散射探测中微子自相互作用的新方法，通过半解析框架拓宽散射共振，使未来望远镜能探测特定质量范围媒介子质量及耦合，增强高质量区域中微子自相互作用发现潜力。
2026-07-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
