Cosmic rays in galactic and extragalactic magnetic fields
我们简要地回顾宇宙射线的来源，它们的组成和光谱，以及它们在银河系和河外磁场，规则和波动的传播。特别注意的是最近的X射线和γ射线观测结果，揭示了银河系宇宙射线的起源和皮埃尔俄歇天文台的超高能宇宙射线的挑战性的结果。概述了高能天体物理学和宇宙线天文学在确定超高能宇宙射线源、粒子加速机制、测量星系际辐射场和揭示不同尺度磁场结构等方面的前景。
2011-05-01 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
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
Anisotropies of ultra-high energy cosmic ray nuclei diffusing from extragalactic sources
我们得到了从河外源附近扩散的超高能宇宙线核到达方向的偶极各向异性。我们考虑混合成分的情况下，不同的宇宙射线核被加速到相同的最大刚度，使$E<ZE_\text{max}^p$，与$Z$的原子序数和$E_\text{max}^p$的最大质子能量。我们采用了$E_\text{max}^p\simeq 6$ EeV，以便考虑踝关节上方越来越重的成分。通过蒙特卡罗模拟，我们得到了宇宙线在河外湍流场中的各向异性，以及光衰变和其他能量损失的影响。在能量为$\sim 10$ ~EeV的情况下，对于源密度和磁场的合理值，预测了5 ~ 10%的偶极各向异性。
2015-07-23 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
Study of cosmic ray sources using data on extragalactic diffuse gamma-ray emission
讨论了来自次要源的超高能宇宙射线（CR）及其对河外弥漫γ射线辐射的可能贡献。作为次要来源的一个例子，我们考虑了活动星系核（AGN）的可能的特定类型，其中超大质量黑洞被10^（10）-10 ^（11）Gs的超强磁场包围。在这个模型中，我们计算了地球上的CR能谱和河外空间CR产生的级联量子的强度。从数值计算结果和皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵的观测资料出发，表明这些活动星系核对地球UHECR通量的贡献可以忽略不计。然而，与费米LAT测量的河外弥漫伽马射线发射相比，活动星系核的CR产生了显着的伽马射线通量。我们的结论是，来自次要来源的UHECR可以显着地促进河外伽马射线发射。
2017-11-12 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
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
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
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
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
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
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
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
Cosmic-ray propagation in extragalactic space and secondary messengers
本文总结河外宇宙线传播课程，重点讨论宇宙线粒子与背景光子的相互作用及地球预期通量的解析计算。
2023-09-22 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 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
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
Influence of extragalactic magnetic fields on extragalactic cascade gamma-ray emission
讨论了河外磁场对超高能宇宙射线在河外空间传播的电磁级联中产生的γ射线辐射强度的影响。宇宙射线和级联粒子都主要从星系、星系团和相对体积较小的大尺度结构中传播。因此，它们的磁场对级联中产生的发射影响很小。然而，当我们知道河外伽马射线背景的成分，包括级联伽马射线发射时，对这种影响的估计可能有助于寻找暗物质粒子。为了研究磁场对级联辐射的影响，我们分析了宇宙粒子在~10^（-6）和10^（-12）G的磁场中的传播（前者是典型的星系和星系团内部，后者常见于空洞和星系和星系团外部）。在~10^7-10^9 eV的范围内，级联γ射线发射的计算光谱是相似的。因此，在这个范围内分析级联辐射，不需要指定河外磁场的模型。
2022-11-10 astro-ph.HE
The Possibility of Investigating Ultra-High-Energy Cosmic-Ray Sources Using Data on the Extragalactic Diffuse Gamma-Ray Emission
我们提供了我们的估计的伽马射线发射的强度与能量接近0.1 TeV产生在银河系内的空间中的相互作用的宇宙射线与背景排放。我们假设宇宙射线源是点状的，它们是活动星系核。我们考虑了以下几种可能的源：遥远而强大的源，红移可达z=1.1，具有单能粒子谱，E=10^21 eV;同样的物体，但具有幂律粒子谱;以及红移为0<z<=0.0092的邻近源，即距离不大于50 Mpc，也具有幂律粒子谱。能量为0.1 TeV的宇宙射线对河外弥漫伽马射线背景的贡献取决于源的类型，或者更具体地说，贡献范围从f<<10^（-4）到f约为0.1。取决于源模型。我们的结论是，河外背景γ射线发射的数据可以用来确定宇宙射线源的特性，即它们的距离和粒子能谱的图案。关键词：宇宙射线，弥漫伽玛射线辐射，活动星系核。待发表于：Astronomy Letters，2017，vol. 43，No.8，pp. 529-535.
2017-07-09 astro-ph.HE
The Centaurus A Ultrahigh-Energy Cosmic Ray Excess and the Local Extragalactic Magnetic Field
皮埃尔·俄歇天文台发现的超高能宇宙射线各向异性，为最终解决粒子的起源和附近河外磁场（EGMF）的性质提供了可能。我们研究了附近射电星系半人马座A周围的~ 10^20 eV事件的影响。我们发现，如果Cen A是这些宇宙射线的来源，事件的角分布约束的EGMF强度在几个Mpc的银河系到> 20 nG的一个假设的初级质子组成。我们的结论表明，无论是观察到的过剩是一个统计异常或当地EGMF比传统认为的更强。我们讨论了这一领域的影响，包括UHECR散射从更遥远的来源，时间延迟从瞬态源，以及使用磁透镜签名，以达到更严格的约束的可能性。
2012-09-28 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
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
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
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
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
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
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
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，$N(E)\propto E^{-2.7-…
2014-06-25 astro-ph.HE
High energy cosmic ray self-confinement close to extragalactic sources
在地球上观测到的超高能宇宙射线很可能是在银河系外的源中加速的。对于这类源的典型光度，与离开它们的宇宙射线通量相关的电流很大。相关的等离子体不稳定性产生了可以有效地散射粒子的磁波动。我们认为，这种现象迫使宇宙射线在源附近的能量$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 upper limit on the strength of the extragalactic magnetic field from ultra-high-energy cosmic-ray anisotropy
如果超高能宇宙射线来自河外源，它们到达这些源的方向的偏移意味着河外磁场强度的上限。皮埃尔·俄歇合作组织最近报告说，宇宙射线到达方向的各向异性与几种类型的河外天体有关。如果这些宇宙射线源自这些天体，那么它们意味着在相干长度λ_B < 100 Mpc和B < 0.7 -2.2 x 10^-10 G的情况下，河外磁场强度的极限值为B <0.7 - 2.2 x 10^-9（λ_B / 1 Mpc）^-1/2 G。这与λ_B = 1 Mpc时的现有上限相当，并且在更大的尺度上提高了4-12倍。在我们的结果中，不确定性的主要来源是未知的宇宙射线成分。
2018-06-13 astro-ph.CO 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
Escape model for Galactic cosmic rays and an early extragalactic transition
我们表明，宇宙射线（CR）膝盖可以完全解释能量依赖的CR泄漏从银河系，与所有现有的数据非常适合。我们测试这一假设计算在银河系磁场的个人CR的轨迹。我们发现，CR逃逸时间$τ_{\rm esc}(E)$表现出膝状结构周围$E/Z={\rm few}\times 10^{15}$ eV的小相干长度和强度的湍流磁场。所得的强度为不同组的核是一致的KASCADE和KASCADE-Grande确定的，使用简单的幂律注入光谱。从银河系到河外CR的过渡在$\approx 2\times 10^{18}$ eV处终止，而河外CR对$\gtrsim 2\times 10^{16}$ eV处的次优势质子通量有相当大的贡献。在这个模型中，在中能区到脚踝的河外CR的自然来源是正常星系和星暴星系。逃逸模型提供了一个很好的$\ln(A)$数据拟合，它预测的CR偶极子的相位变化强烈的能量范围之间的$1\times 10^{17}$和$3\times 10^{18}$ eV，而我们的估计的偶极子幅度是一致的观察。
2015-05-06 astro-ph.HE
Predictions for the flux of high-energy cosmogenic neutrinos and the influence of the extragalactic magnetic field
宇宙成因中微子起源于在宇宙中传播的宇宙射线与宇宙背景光子的相互作用。由于高能宇宙射线和宇宙背景光子都存在，因此高能宇宙成因中微子的存在几乎是肯定的。然而，迄今为止尚未测量它们的通量。因此，我们计算了到达地球的高能宇宙成因中微子的通量，其基础是考虑到三个空间自由度和宇宙学时间演化的复杂四维模拟。我们对中微子通量的预测与最近从大规模宇宙射线实验中获得的上限是一致的。我们还发现河外磁场对中微子流有很强的影响。这项工作的结果是重要的未来中微子观测站的设计，因为它们可以评估的检测器体积，是必要的，在不久的将来检测高能量宇宙成因中微子。对这种中微子的观测将把多信使天文学推向迄今为止尚未实现的能量尺度。
2018-10-09 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
The shape of the extragalactic cosmic ray spectrum from Galaxy Clusters
我们研究了宇宙射线从星系团内的中心源扩散逃逸，以获得当约束时间与源的年龄相当或大于源的年龄时出现的出射通量的抑制。我们还讨论了由于宇宙射线与团簇介质的相互作用而引起的通量衰减，这对于重核来说是相当大的。地球上预期的总宇宙射线通量的总体抑制对于理解河外星系对$E/Z<1$ EeV宇宙射线谱的贡献的形状是很重要的。这种抑制也可以解释在超高能量下测量的组成敏感的可观测量的拟合结果。
2016-05-26 astro-ph.HE hep-ph
The extragalactic ultra-high energy cosmic-ray dipole
我们探讨了最近探测到的~ $>8$ ~EeV超高能宇宙线（UHECR）到达方向的偶极各向异性是由于大尺度结构（LSS）引起的可能性。我们假设宇宙线源遵循物质分布，并考虑星系际磁场（IGMF）中的扩散输运，计算了通量加权UHECR的均方根偶极振幅。我们发现在进入银河系之前，通量加权均方根偶极振幅为$\sim8$ %。[4-8] EeV的振幅仅略低于$\sim 5$ %。所需的IGMF为{5-30 nG}的量级，并且UHECR源必须相对靠近，在$\sim$ 300 Mpc内。在较低的能量箱的统计上显著的信号的情况下，可以解释，如果相同的核素占主导地位的组合物在两个能量箱和扩散的银河磁场（GMF）减少了这些较低的刚性粒子的偶极子。高能UHECRs的光致衰变也会使低能偶极有所减少。
2017-11-16 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
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
Black holes through cosmic time: Exploring the distant X-ray Universe with extragalactic Chandra surveys
河外X射线巡天是研究超大质量黑洞及其宿主星系演化的非常有力的工具，它可以探测到大量的活动星系核和恒星形成星系，其红移范围和宇宙环境都很大。凭借其灵敏度和高超的角分辨率，钱德拉一直处于最近河外调查的最前沿。本文提供了一个简要的概述钱德拉调查，并强调了一些最近的结果组成的宇宙X射线背景，见解X射线源人口，活动星系核和星系演化之间的联系，以及讨论前景的调查与未来的X射线任务。
2009-04-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Ultrahigh Energy Cosmic Ray Nuclei from Extragalactic Pulsars and the effect of their Galactic counterparts
在快速旋转的新生恒星中，高能核的加速可以解释观测到的高能宇宙射线的光谱，以及俄歇天文台报告的能量高于$10^{19}\,$ eV的重核趋势。脉冲星加速意味着由于脉冲星自旋下降导致的硬注入谱（$\sim E^{-1}$）和由于中子星自旋速率的限制导致的最大能量$E_{\rm max} \sim Z \, 10^{19}$ eV。我们以前已经表明，通过年轻的超新星遗迹逃逸软化了光谱，稍微降低了最大能量，并产生次级核。在这里，我们表明，脉冲星的出生周期的分布和传播的影响，在星际和星系间的媒体修改的组合频谱的所有脉冲星。通过假设脉冲星诞生周期的正态分布为中心在300毫秒，我们表明，河外脉冲星诞生的贡献的高能宇宙射线谱自然会引起非常高的能量宇宙射线（VHECR，之间的$10^{16}$和$10^{18}$ eV）的银河系脉冲星诞生的贡献。所需的注入成分，以适应观察到的光谱取决于绝对能量尺度，这是不确定的，不同的俄歇天文台和望远镜阵列。银河系脉冲星诞生的贡献也可以弥合超新星遗迹中宇宙射线加速预测与脚踝以下观测光谱之间的差距，这取决于逃离超新星遗迹的宇宙射线的成分和银河系中VHECR的扩散行为。
2013-02-18 astro-ph.HE
A complete model of the CR spectrum and composition across the Galactic to Extragalactic transition
我们提出了一个完整的唯象模型占宇宙射线光谱的演化和成分与能量，在整个光谱的可用数据的基础上。我们表明，除了一个单独依赖于刚性的银河系成分和一个河外成分外，没有必要假设任何额外的成分，其特征与GRB环境中轻度相对论冲击下粒子加速研究中得出的特征相似（Globus等人，2015）。特别是，我们表明，由此产生的宇宙射线光谱和成分满足各种约束来自当前的数据在银河系/河外过渡区，特别是从测量的KASCADE格兰德和俄歇。最后，我们得出一些通用的功能，一个工作的唯象的情况下可能会表现出一个全球性的帐户的宇宙射线数据与最小数量的自由参数。
2015-05-06 astro-ph.HE
On the inverse problem for extragalactic cosmic ray nuclei with energies $10^{18}$ to $10^{20}$ eV
研究了超高能宇宙射线的宇宙线输运反问题。通过对俄歇能谱数据、原子质量数的平均对数及其方差的能量依赖关系的分析，可以在反问题方法的框架内对源谱的形状得出明确的结论。讨论了所考虑的不适定问题的正则化过程。
2017-01-02 astro-ph.HE hep-ph
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
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
Anisotropy-driven constraints on the transition from Galactic to extragalactic cosmic-ray sources
Nationaal Instituut voor Subatomaire Fysica (NIKHEF)（国家亚原子物理研究所）；Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University Nijmegen（拉德堡德大学数学、天体物理学和粒子物理研究所）；Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学物理系）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究院那不勒斯分部）
该研究利用宇宙线偶极各向异性的方向与强度，结合三维传播模拟，约束了“脚踝”以下中等质量核的起源，证实其河外起源符合观测，而银河系源无法解释相关各向异性特征。
2026-08-28 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
Origins of Extragalactic Cosmic Ray Nuclei by Contracting Alignment Patterns induced in the Galactic Magnetic Field
提出了一种寻找超高能宇宙射线起源的新方法。这些粒子很可能是在地球大气层中引发广泛空气簇射的原子核。在大面积的观测站，粒子到达的方向与它们的能量和它们的簇射最大时的大气深度一起测量。深度提供了核电荷的粗略测量。在一个同时适合所有观测到的宇宙射线，我们使用银河系磁场作为一个质谱仪，并调整核电荷，使其河外到达方向集中在尽可能少的方向。使用不同的模拟例子，我们表明，与地球上的测量，河外源方向的重建是可能的。特别是，我们表明，在天体物理的情况下，即使在一个实质性的各向同性的背景源方向可以重建。
2018-07-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Anisotropies of ultrahigh-energy cosmic rays in a scenario with nearby sources
由于银河系和河外磁场的影响，超高能宇宙线源的图像以一种与能量相关的方式发生扭曲。这些偏转也会影响观测到的宇宙射线谱，特别是当源是瞬态的时候。我们研究的情况下，一个或几个附近的河外源，如CenA或M81/M82，提供了占主导地位的贡献，以上的脚踝的宇宙射线流量的频谱。我们讨论的角色散引起的湍流河外磁场的影响，和相干偏转所造成的规则的银河系磁场，与相关的多重成像的来源。我们认为，这些来源的可能贡献的偶极分布发现的皮埃尔俄歇天文台以上8 EeV，以及暗示的热点观测皮埃尔俄歇和望远镜阵列天文台在更高的能量，考虑到混合性质的宇宙射线成分。
2022-02-07 astro-ph.HE
Effects of extragalactic magnetic field on the spectra of ultra-high-energy cosmic rays from jetted sources
Sorbonne Université（索邦大学）
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
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
Iron Nuclei in Ultra-High Energy Cosmic Rays Near the Earth
Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）
研究通过分析铁核能量与源地距离的关系，探讨了超高能宇宙射线在银河系中的传播特性及限制条件。
2025-11-21 astro-ph.HE
Redundant failures of the dip model of the extragalactic cosmic radiation
分别由卡斯卡德和俄歇实验测量的宇宙辐射的质子通量和化学成分引起了宇宙射线物理学的根本变化。在临界能量区间5 × 10 ** 16 - 10 ** 17 eV内，通过比较由dip模型预测的质子通量和由Kascade测量的质子通量，出现了很大的差异。文中提到并证实了卡斯卡德实验的质子通量测量结果与其他相关的经验观测结果是一致的。它表明，俄歇测量的化学成分由两个独立的程序，使用宇宙核在巨大的空气级联达到的平均深度，是不兼容的倾角模型预测。基于dip模型的失败，这里提出的一个值得注意的结果是，HiRes和Auger实验观察到的高于6 × 10 ** 19 eV的初级宇宙辐射的光谱指数软化，不是由于河外宇宙质子在星系际空间通过反应p γ-> pi 0 p，pi+ n，而是发生在宇宙附近的一些物理现象。
2009-11-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic inventory of the background fields of relativistic particles in the Universe
本文构建了迄今最全面的河外背景谱开放数据库，结合27个频率数量级的多信使测量，验证了河外背景与恒星形成及超大质量黑洞吸积宇宙历史的一致性，为理解中微子和超高能宇宙射线起源提供关键工具。
2025-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
