Probing UHECR production in Centaurus A using secondary neutrinos and gamma-rays
本文研究了超高能宇宙射线（UHECR）与河外背景辐射相互作用产生中微子和光子的过程。假设半人马座A是UHECR的主要来源，并研究了通过探测UHECR传播过程中产生的次级中微子和光子来识别该来源的可能性。模拟了15个关于3个河外磁场（EGMF）和5个成分丰度的天体物理模型。研究了中微子和光子的通量和到达方向。它表明，从岑A的信号的检测与统计意义是可以实现的，目前的观测站在几年内，并建议在不久的将来的实验。还介绍了结果对模型的依赖性。
2021-05-20 astro-ph.HE
Calculation of the exposure of GRANDProto300 to cosmic rays
本文计算了GRANDProto300对宇宙射线的曝露量，评估了其探测能力，并预期其能谱测量精度优于现有探测器，为研究过渡区宇宙射线提供关键数据。
2025-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
New methods to reconstruct $X_{\rm max}$ and the energy of gamma-ray air showers with high accuracy in large wide-field observatories
提出了一种新的方法来重建γ射线引发的高能簇射的纵向剖面最大值（\Xmax）的倾斜深度以及它们的能量（$E_0$）。这些方法是为能量范围从几百GeV到$\sim 10$ TeV的伽马射线开发的。从粒子到达地面的时间分布或较低能量的信号到达地面的时间分布的相关性中，逐事件地获得\Xmax的估计量。$E_0$的估计器是使用参数化逐事件获得的，该参数化具有作为输入的在地面处的总测量能量、包含在簇射核心附近的区域中的能量的量以及估计的\Xmax。在考虑垂直簇射的情况下，分别得到了在$1 \, (10) \ \rm{TeV}$能量下\Xmax和$E_0$的关于$40 \, (20)\,{\rm g/cm^2}$和关于$30 \, (20)\%$的分辨率.所获得的结果是吉祥的，并可能导致打开新的物理途径，为大型宽视场伽马射线天文台。讨论了分辨率与实验条件的关系。
2021-01-15 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
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
Measurement of Energy Spectrum of Ultra-High Energy Cosmic Rays
超高能宇宙射线（UHECR）是能量高于$10^{18}$ eV的带电粒子，起源于银河系之外。由于地球上UHECR的通量非常小，观测UHECR的唯一可行方法是测量UHECR在大气中产生的广泛空气簇射（EAS）。这是通过使用空气荧光探测器和地面上巨大的粒子探测器阵列来完成的。皮埃尔俄歇天文台（俄歇）和望远镜阵列（TA）是两个使用这种技术的大型宇宙射线实验，分别覆盖地面上3000公里$^2$和700公里$^2$的区域。本文介绍了TA报告的UHECR谱，它使用了7年来积累的6300 km $^2$ sr年的曝光量，以及相应的俄歇结果，它使用了10年来总曝光量超过50000 km $^2$ sr年的数据。我们回顾了这两个测量的天体物理解释，并讨论了它们的系统不确定性。
2017-05-25 astro-ph.HE
Heavy decaying dark matter and large-scale anisotropy of high-energy cosmic rays
我们研究了在寻找重衰变暗物质（DM）信号中高能宇宙线分布的大尺度各向异性的作用。使用最近的各向异性测量从广泛的空气簇射（EAS）天文台，我们约束的DM粒子的质量$10^{7}~\leq~M_X~\leq~10^{16}$ GeV的寿命。这些约束似乎是弱于获得的高能量伽马射线的限制。我们还估计了所需的精度水平的各向异性测量，以辨别衰减DM信号边际允许的伽马射线的限制，并讨论了DM搜索与现代EAS设施的前景。
2017-11-12 astro-ph.HE
The energy spectrum of ultra-high energy cosmic rays measured at the Pierre Auger Observatory and at the Telescope Array
超高能宇宙射线（UHECR）的能谱提供了宇宙中最具能量的现象的基本信息。除了EeV能量，望远镜阵列和皮埃尔俄歇天文台分别在北半球和南半球积累了最大的UHECR暴露。结果独立地示出了在几十EeV以上的能谱的陡化。然而，光谱的比较表明，在用于重建广泛的空气簇射的能量尺度上的总体不确定性方面的差异是无法解释的。在两种仪器所覆盖的天空区域也观察到了这种差异，当考虑到定向曝光效应时，光谱应该在不确定性范围内一致。对于这一贡献，两个合作的工作组考虑到能量依赖的系统不确定性，研究了这些差异。一个特别的重点是给出的光谱特征，这提供了一个准确的工具，以提高我们的理解的比较的表征。
2020-01-23 astro-ph.HE
Ultra High Energy Cosmic Rays Propagation and Spectrum
介绍了超高能宇宙射线的观测现状，重点介绍了HiRes和Auger天文台的最新观测结果。本文提出了一个综合的解析计算方案来计算地球上预期的UHECR谱，并应用该方案来解释实验结果。HiRes和俄歇在化学成分和光谱方面的现象学方案也将提出。
2011-04-02 astro-ph.HE hep-ph
The influence of the observatory latitude on the study of ultra high energy cosmic rays
最近，HiRes、Pierre Auger和望远镜阵列（TA）天文台对超高能宇宙射线（UHECR）的到达方向、光谱和与初级粒子质量有关的参数进行了精确测量。本文假定邻近宇宙中事件的到达方向分布与2 MASS红移巡天（2 MRS）、IRAS 1.2Jy巡天、Palermo Swift-BAT和Swift-BAT星表中的源相关，研究了观测站纬度对能谱测量和各向异性测量能力的影响。北半球和南半球给定纬度之间的差异被量化。结果表明，纬度的天文台：a）有影响的总通量测量和b）施加了重要的限制，测量各向异性的天空的能力。
2017-03-04 astro-ph.HE
Cosmic Rays at the highest energies
经过一个世纪的观测，我们仍然不知道宇宙射线的起源。我将回顾宇宙射线观测在最高能量的现状，以及它们对拟议的加速模型和次级天体粒子通量的影响。可能的来源已经缩小了与GZK样光谱特征的确认。皮埃尔俄歇天文台观测到的各向异性可能标志着粒子天文学的曙光，为高能中微子观测带来了希望。然而，与成分相关的测量结果却指向不同的解释。要想清楚地解开这个谜团，需要比现有观测站所能达到的范围大得多的统计数据。
2012-03-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Overview of the JEM-EUSO program for the study of ultra-high-energy cosmic-rays from space
本文概述了旨在解决地面UHECR观测通量低、统计量不足问题的JEM-EUSO空间观测项目，介绍了其已完成、在研及规划中的任务与技术进展。
2023-10-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
A Deep Exposure in High Resolution X-Rays Reveals the Hottest Plasma in the $ζ\,$Puppis Wind
我们用Chandra/HETG光谱仪获得了船尾座$ζ\,$（O 4超巨星）的极深曝光（813 k s）。在这里，我们报告的1-9 μ m区域的分析，特别是非常适合钱德拉，这有一个显着的贡献，从连续发射以及分离的发射线之间的高电离物种。这些数据使我们能够通过连续体形状和发射线强度来研究最热的等离子体。假设具有高温截止的幂律发射测量分布，我们发现发射与最高温度为12 MK的热谱一致。这意味着有效的风激波速度$900\,\mathrm{km\,s^{-1}}$，远低于风终端速度$2250\,\mathrm{km\,s^{-1}}$。对于在恒星附近形成的X射线辐射，速度和X射线通量都大于严格的自激线消影不稳定性模型，这表明需要一小部分风从底部非常迅速地加速。这与其说是一种动力学不稳定性，不如说是对边界条件变化的非线性响应。
2020-03-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
Very High Energy Gamma Rays from Ultra Fast Outflows
LUX, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS（卢浮天体物理实验室，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心）；INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astronomico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所，阿切特里天文台）；APC, Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, CEA/Irfu, Observatoire de Paris, Sorbonne Paris Cité（巴黎第四大学粒子与宇宙学实验室，巴黎第七大学，法国国家科学研究中心/法国国家核能与替代能源委员会，巴黎天文台）；Université Paris Diderot（巴黎第七大学）
研究通过建模超高速喷流中的粒子加速过程，探讨其在极高能伽马射线和中微子中的探测潜力，发现硬质子能谱和高加速效率有助于探测。
2026-03-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the Impact of Dark Matter Scattering on the Trajectory of High-Energy Cosmic Rays
本文研究了暗物质散射对高能宇宙射线质子轨迹的影响，计算了散射角与宇宙射线能量、暗物质质量和相互作用强度的关系，发现偏转角与暗物质质量基本无关，且在特定条件下远大于Pierre Auger等观测站的角分辨率。
2024-05-04 astro-ph.HE
On the prospects of ultra-high energy cosmic rays detection by high altitude antennas
ANITA球载实验最近证实了在南极冰表面镜面反射后探测到的超高能宇宙射线（UHECR）簇射的无线电发射。从山顶、气球或卫星上观测大面积冰或水的天线可能比更传统的技术更具竞争力。我们提出了一个估计的高海拔天线的曝光，这提供了洞察这种技术的前景UHECR检测。我们发现，一个卫星天线可能会达到一个显着更大的曝光比现有的UHECR天文台，但无线电反射信号的实验特性，需要建立这种方法的潜力。气球或山顶天线被发现在任何情况下都没有竞争力。
2013-11-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Towards a Measurement of the $e^+e^-$ Flux above 1 TeV with HAWC
高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台记录了宇宙射线和伽马射线以约20 kHz的速率产生的空气簇射。虽然HAWC观察到的事件是99.9%的强子宇宙射线，这种背景可以强烈抑制使用拓扑削减，优先选择电磁空气簇射。利用HAWC的这种能力，我们可以创建一个由伽马射线和宇宙电子和正电子主导的空气簇射样本。HAWC是为数不多的能够测量1 TeV以上的电子和正电子初级粒子产生的阵雨的观测站之一，每天可以从三分之二的天空记录这些阵雨。我们描述的灵敏度HAWC轻子宇宙射线，并讨论了组合$e^+e^-$通量的测量和可能的方法，正电子和电子电荷分离的HAWC探测器的前景。
2015-08-18 astro-ph.HE
Future ground arrays for ultrahigh-energy cosmic rays: recent updates and perspectives
超高能宇宙射线（UHECR）的起源和性质是粒子天体物理学和天文学中最令人感兴趣的谜团之一。两个最大的天文台，皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列实验，正在两个半球稳定地观测UHECR，以便更好地了解它们的起源和最高能量的相关加速机制。我们重点介绍他们的最新成果，包括正在进行的升级，AugerPrime和TAx4，然后解决下一代天文台的要求。我们分享最近的更新和未来的地面阵列的荧光探测器的前景，解决了大面积，低成本的探测器，适用于测量最高能量的宇宙射线与前所未有的孔径的属性的要求。
2018-10-15 astro-ph.HE hep-ex
The past and future 20-years endeavor for discovering origins of ultra-high energy cosmic rays -- Rapporteur's summary of cosmic ray indirect --
本文总结了第38届国际宇宙线大会间接探测分会内容，回顾了全球宇宙线间接观测站及能谱、成分、各向异性等最新成果，并展望未来项目。
2024-04-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Ensemble Fluctuations of the Flux and Nuclear Composition of Ultra-High Energy Cosmic Ray Nuclei
超高能宇宙射线的通量和核成分取决于其源的宇宙分布。来自宇宙射线观测站的数据还不能确定它们的确切位置或分布，但提供了这些发射体的平均局部密度的测量。由于发射体的离散性，通量和核组成预计将显示出统计变化之上的系综波动，即“宇宙方差”。由于在宇宙辐射背景中传播距离有限，这种效应对于能量最高的宇宙射线最强，因此是局部现象。对于宇宙射线发射模型的统计分析，重要的是量化这种差异的可能水平。在本文中，我们提出了一个完全解析的方法，描述的变化的通量和核成分的本地源密度。我们强调，建议未来的空间为基础的天文台与曝光O（10^6 km^2 sr年）将获得灵敏度，以观察这些光谱波动的宇宙射线能量谱在地球上相对于整体的幂律拟合。
2013-02-11 astro-ph.HE
Correlation of high energy neutrinos and gamma rays on the direction of Fermi Bubbles
我们研究了由IceCube探测到的天体物理中微子与位于银河系中心的两个大型球状结构（称为费米泡（FB））的几何形状的空间相关性。利用8年来收集的Fermi-LAT数据和高海拔水切伦科夫（HAWC）γ射线天文台得出的上限，我们使用混合（轻强子）模型来研究费米泡方向上的高能中微子的可能相关性。我们发现，这些事件可能与北方泡沫无关，但不排除与南方球状结构的可能相关性。我们希望在未来几年通过切伦科夫望远镜阵列（CTA）和南方伽马射线巡天观测站（SGSO）改进伽马射线观测，以测试南方气泡可能的强子发射。
2019-08-15 astro-ph.HE
Estimation of the exposure of the TUS space-based cosmic ray observatory
TUS天文台是第一个旨在探测超高能宇宙射线的轨道探测器。它于2016年4月28日从俄罗斯的东方发射场发射，并一直运行到2017年12月。它以0.8~ $μ$ s的时间分辨率收集$\sim80,000$事件。宇宙射线研究中需要确定的一个基本参数是实验的曝光量。该参数对于估计作为能量的函数的平均预期事件率以及在事件检测的情况下计算绝对通量是重要的。在这里，我们提出了一项研究的结果，旨在计算TUS在其任务期间积累的曝光。云，探测器死时间，人工源，风暴，闪电放电，气辉和月相的作用进行了详细研究。提供了暴露估计及其地理分布。我们报告的应用技术和本研究的角度来看，未来的任务的JEM-EUSO计划。
2021-12-21 astro-ph.HE
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
High-resolution spectroscopy and high-density monitoring in X-rays of Novae
21世纪的X射线天文台XMM-牛顿、钱德拉和斯威夫特为我们提供了对新星爆发X射线行为的全新见解。这些新一代X射线观测站在X射线和紫外/光学同时进行的监测活动中提供了特别高的光谱分辨率和高密度。几个新星爆发的整个演化过程已经被Swift XRT和UVOT仪器观测到，从而可以研究SED峰值从紫外线到X射线的逐渐转移，X射线最亮超软源（SSS）阶段的开始和持续时间的时间尺度，以及SSS前后的X射线发射。此外，XMM-牛顿和钱德拉观测可以有效地安排，允许更深入地研究战略选择的进化阶段。在2005年斯威夫特加入之前，钱德拉和XMM-牛顿在寻找SSS发射时的盲射必然导致在SSS阶段之前和/或之后进行的一些曝光不足的观测。更系统的雨燕研究减少了这个数字，同时增加了新星的数量。前和后SSS光谱在低和高光谱分辨率成功地模拟碰撞等离子体模型。前SSS发射出现在冲击和后SSS发射在辐射冷却薄喷出物。相比之下，在SSS阶段期间拍摄的光栅光谱比预期复杂得多，并且尚未成功建模。现有的热WD辐射传输模型只给出了近似再现的观测结果，并作出了一些关键的假设，只有在孤立的WD有效。更多的光栅光谱，这将是重要的，以寻找SSS光谱和系统参数之间的系统趋势。
2012-09-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Probing the origin of cosmic rays in Cygnus Cocoon using ultrahigh-energy gamma-ray and neutrino observations
最近HAWC和LHAASO天文台从费米-LAT 4FGL源4FGL J2028.6+ 4110 e（天鹅座茧）方向观测到的高达100 TeV和1.4 PeV的高能伽马射线，表明它们的产生是在轻子过程中的强子起源。IceCube中微子天文台报告了IceCube-201120 A，这是一个来自同一方向的中微子事件，表明天鹅茧可能对应于高能宇宙射线的最合理来源之一。本文研究了中微子事件与观测到的天鹅茧超高能γ射线之间的表观关系，以探讨它是否可以用加速宇宙射线与周围物质的强子相互作用来一致地解释。我们的发现表明轻子机制和纯强子机制对理解总电磁波谱以及观测到的中微子事件都有相当大的贡献。对天鹅座茧中预期的μ子中微子事件的估计与冰立方多年观测中迄今为止检测到的一个μ子中微子事件一致。因此，我们的研究结果表明，天鹅座茧是一个银河系宇宙射线源的潜力，能够加速至少高达PeV的能量。
2023-03-06 astro-ph.HE
Ultra-High Energy Cosmic Ray and Neutrino Observations
本文简要地评述了超高能宇宙射线和中微子的最新测量结果。随着几个新的大型观测站接近完成或最近才全面投入使用，大量高质量和高统计数据正在增长。这些第一批数据已经开始为高能宇宙打开一扇新的窗口，为我们提供了关于能量约为10^{20} eV的最高能粒子的起源以及它们从河外源到地球的相互作用的第一个直接线索。此外，第一次全天空的高能量中微子已经成为可用的中微子望远镜在任何一个半球。虽然银河系宇宙射线的来源仍然缺少“吸烟枪”，但据报道，各种来源候选者的中微子通量的上限受到限制。因此，未来的中微子望远镜，如地中海的KM 3 NeT，应该瞄准远大于1立方公里的体积。除了寻找银河系和河外宇宙射线的来源外，新一代宇宙线和中微子观测站涉及广泛的科学问题，它们已经在基础物理测试中提供了重要结果。
2009-11-05 astro-ph.HE hep-ph
Ultra-High Energy Cosmic Rays: Results and Prospects
本文简要评述了从谱踝到最高能量的宇宙射线测量和解释的最新进展。在大约10^{17} eV处观察到一个膝盖的重原色和一个脚踝的轻原色。在所有粒子光谱中，光的分量在大约4 × 10 ^{18} eV处开始占主导地位，并揭示了从银河系到河外宇宙射线的过渡。在最高能量下的主要问题是关于在E > 4 × 10 ^{19} eV时观察到的通量抑制的起源。这是期待已久的GZK效应还是资源枯竭？回答这个问题的关键仍然是在最高能量下仍然很大程度上未知的质量组成。来自不同天文台的数据并不完全一致，人们已经开始共同努力解决这个问题。即使在最高能量下观察到的高水平的各向同性挑战模型的质子占主导地位的组合物，如果河外磁场的顺序是几个nG或less. We将讨论在该领域的实验和理论进展和未来十年的前景。
2014-04-19 astro-ph.HE
Anisotropy expectations for ultra-high-energy cosmic rays with future high statistics experiments
UHECR由于其具有挑战性的高能量以及其在宇宙中最具能量的来源中约束物理过程和天体物理参数的潜在价值而吸引了很多关注。目前的探测器未能探测到显著的各向异性，而这些各向异性本来是可以用来识别震源的。关于UHECR成分的一些迹象表明，在最高能量下可能会变得更重，甚至质疑这样一个目标能否很快实现。我们调查了新一代探测器的潜在价值，具有10倍的曝光量，以克服目前的情况，并在各向异性的检测，从而在UHECR的研究取得重大进展。我们以JEM-EUSO的预期性能为例，假设全天空覆盖均匀，总曝光量为300，000平方公里。我们模拟现实的UHECR天空地图的广泛的可能的天体物理的情况下允许的电流约束，考虑到能量损失和光解的UHECR，以及它们的偏转磁场。这些天空图，建立了预期的统计JEM-EUSO以及目前的俄歇统计，作为参考，从他们的内在各向异性的角度进行了分析，使用两点关联函数。统计研究所产生的各向异性进行每个天体物理的情况下，不同的UHECR源的组成和光谱以及源密度。我们发现，显着的各向异性，预计将被检测到的下一代UHECR探测器，基本上所有的天体物理研究的情况下，并给出精确的，定量的意义，这一声明。我们的研究结果表明，一个数量级的曝光增益将作出显着的差异相比，现有的探测器。
2014-01-06 astro-ph.HE
Estimation of the number of muons with muon counters
宇宙射线的起源和性质仍然不确定。然而，由于当前和最近的宇宙线观测站提供的高质量数据，近年来取得了很大的进展。宇宙射线通量随着能量的增加而快速减少，对于能量为$\gtrsim 10^{15}$ eV的粒子，使用地面探测器对这些高能粒子进行研究。这些探测器能够探测宇宙射线与地球大气分子相互作用产生的大气空气簇射。可以帮助理解宇宙射线起源的最重要的可观测量之一是作为初级能量的函数的成分分布。由于初级粒子不能直接观测到，它的化学成分必须从对初级质量非常敏感的簇射参数中推断出来。两个参数更敏感的组成的主要是大气层的深度的簇射最大和μ子含量的簇射。过去和现在的宇宙射线观测站一直使用μ介子计数器，主要目的是测量簇射的μ介子含量。出于这一事实，在这项工作中，我们详细研究的μ子的数量估计击中μ子计数器，这是有限的计数器的段数和堆积效应。我们认为作为研究案例的μ介子计数器与分段对应的地下μ介子探测器的皮埃尔俄歇天文台，目前正在采取的数据，和一个对应的μ介子计数器的AGASA天文台，停止采取数据在2004年。
2021-02-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
A web application for monitoring cosmic rays and solar activity
日球层中的宇宙射线的通量受到与太阳磁场活动有关的变化的影响。为了研究这种影响，需要更新多通道观测的时间序列。在这里，我们提出了一个网络应用程序，收集实时数据的太阳活动代理，行星际等离子体参数，并收取宇宙射线数据。这些数据每天从若干空间飞行任务或观测站自动检索。使用此应用程序，可以将数据可视化并下载为通用格式。除了观测数据外，该应用程序还旨在提供日光层中太阳对宇宙射线调制的实时计算。
2022-10-11 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
New insights from old cosmic rays: A novel analysis of archival KASCADE data
KASCADE空气簇射实验收集的宇宙线数据在质量和统计数据方面可与现代观测站的数据相媲美。我们提出了一种新的质量组成分析的基础上获得的档案数据从1998年到2013年由KASCADE宇宙射线数据中心（KCDC）。该分析基于KCDC提供的模拟数据训练的现代机器学习技术。我们提出的光谱为个别群体的主要核，搜索的各向异性的事件到达的方向，考虑到质量组成的结果，并搜索伽玛射线的候选人在PeV的能量域。
2021-08-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
AstroParticle Physics at the Highest Energies
最近的国际努力使我们更接近揭开宇宙射线起源的百年之谜。宇宙射线、伽马射线和中微子观测站正在达到必要的灵敏度，以研究最高能量的宇宙加速器，并开始使用宇宙粒子研究实验室能量以上的粒子相互作用。已知的伽马射线源的数量已经增加了几个数量级。可能的宇宙射线源已经缩小了与脚踝和GZK一样的光谱特征在最高能量的确认。中等能量宇宙射线到达方向分布的各向异性显示了银河系复杂的局部邻域。在最高能量下，粒子天文学的曙光仍然是具有挑战性的，而与成分有关的测量则指向成分的变化或宇宙射线在高能下的相互作用。要想清楚地解开中微子能量之谜，需要大量增加宇宙射线和中微子观测的统计数据。
2012-03-15 astro-ph.HE
About the consistency of the energy scales of past and present instruments detecting cosmic rays above the ankle energy
宇宙辐射的能谱在10 $^{19}$-2.4 $\times$-10 $^{21}$ eV范围内，最近已被预测显示出丰富而独特的阶梯轮廓。为了检查预测，检查通过运行和过去的实验测量的高于10 $^{19}$ eV的光谱。计算出的光谱与望远镜阵列、HiRes I和雅库茨克的数据相比，在（1-20）$\times$ 10 $^{19}$ eV的范围内，计算出的光谱比俄歇数据更有利。Haverah Park、{ \sc sugar}、{ \sc agasa}和Fly's Eye实验的先前通量测量值高于有限带（1-30）$\times$ 10 $^{19}$ eV中的预测光谱。俄歇小组在谱带（8-18）$\times$ 10 $^{19}$ eV中测得的通量低于所有其他实验的通量，也低于预测值。仪器的能量尺度可能是实验之间通量不匹配的根源。因此，所有的11个仪器的能量标度以上10 $^{20}$ eV的检查和主要的不一致辨别。俄歇实验中10 $^{20}$ eV以上的事件相对于所有其他实验来说是很少的，这是迄今为止从这种审查中出现的主要难题。俄歇仪器只记录了4个事件以上的10 $^{20}$电子伏特的曝光超过42500公里$^{2}$ sr年，而望远镜阵列记录了13个事件的曝光8100公里$^{2}$ sr年。这一难题的一个初步解决办法已被提出.
2017-10-18 astro-ph.HE
Ultra-High Energy Cosmic Rays: Results and Prospects
在所有能量下对宇宙射线的观测都得到了改进，无论是在更高的统计学方面还是在减少的系统学方面。因此，所有粒子宇宙射线能谱开始呈现出比以前所能看到的更多的结构。最重要的是，宇宙射线光谱中的第二个膝关节-由重原色主导-据报道略低于10^{17} eV。另一方面，光分量在10^{17} eV以上表现出踝状特征，并开始主导踝处的通量。在最高能量下的关键问题是关于在高于5 x 10^{19} eV的能量下观察到的通量抑制的起源。这是期待已久的GZK效应还是资源枯竭？回答这个问题的关键还是在于最高能量下的质量组成，这在很大程度上还是未知的。来自不同天文台的数据并不完全一致，人们已经开始共同努力解决这个问题。如果河外（EG）磁场的数量级为几个nG或更多，即使在最高能量下观察到的高水平的各向同性也开始挑战质子主导的成分。我们将讨论该领域的实验和理论进展以及未来十年的前景。
2013-05-10 astro-ph.HE
Deciphering the Dipole Anisotropy of Galactic Cosmic Rays
最近的偶极子各向异性的银河系宇宙射线（CR）的到达方向的测量表明，在TeV-PeV范围内的偶极子振幅和相位的强烈的能量依赖性。我们认为，这些观测结果可以在标准扩散理论中被很好地理解为（i）一个或多个位于银河经度120度< l <300度的局部源，其CR梯度在0.1-0.3 PeV以下，（ii）在我们的局部环境中存在强有序磁场，（iii）太阳系的相对运动，以及（iv）地面观测站的重建能力有限。我们表明，一个很好的候选人的本地CR源负责偶极子各向异性在1-100 TeV的船帆座超新星遗迹。
2016-10-12 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Detecting High-Energy Neutrino Minibursts from Local Supernovae with Multiple Neutrino Observatories
本研究提出利用多个中微子天文台探测本地星系超新星的高能中微子迷你爆发，以揭示宇宙线与中微子物理之谜，并扩展探测视界，同时涉及SN 2023ixf的发射。
2023-09-07 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Probing high-energy interactions of atmospheric and astrophysical neutrinos
天体物理中微子和大气中微子是产生EeV宇宙线的强大加速器的重要探针。了解这些加速器是中微子观测站的一个关键目标，以及从超新星、暗物质湮灭和其他天体物理学主题中寻找中微子。在这里，我们将讨论像IceCube这样的中微子观测站以及未来的设施，如KM 3 NeT和IceCube-Gen 2，如何研究高能（1 TeV以上）中微子相互作用的性质。这远远高于在人造加速器中可获得的能量，在人造加速器中，最高能量的中微子束仅达到500 GeV。相比之下，中微子天文台已经观测到能量超过5 PeV的事件-能量高出10，000倍-未来的大型天文台可能会探测能量高达$10^{20}$ eV的中微子。这些数据对标准模型的测量，如低比约肯$-x$部分子分布和胶子阴影，以及对超越标准模型物理的研究都有影响。本章将回顾现有的技术和结果，并讨论未来的前景。
2019-06-05 astro-ph.HE hep-ex nucl-ex
Dark matter profiles and annihilation in dwarf spheroidal galaxies: prospectives for present and future gamma-ray observatories - I. The classical dSphs
由于矮球状星系具有较大的动态质光比，它们是γ射线中间接探测暗物质的理想目标。我们研究他们的探测能力，目前和未来的伽马射线天文台。我们分析的关键创新特征是：（i）我们考虑了dSphs的角度大小;虽然附近的物体具有更高的伽马射线通量，但它们更大的角度范围可能使它们对背景主导的仪器不那么有吸引力。(ii)我们推导出DM配置文件和天体物理J-因子（参数化预期的伽马射线通量，独立于DM粒子模型的选择）的经典dSphs直接从光度和运动学数据。我们假设很少的DM配置文件，建模这是一个光滑的分裂幂律分布，有和没有子块。(iii)我们使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）技术，边缘化的未知参数，并确定我们推导的J-因子模型和测量不确定性的敏感性。(iv)我们使用模拟DM配置文件，以证明我们的J-因子测定恢复正确的解决方案在我们引用的不确定性。我们的主要发现是：（i）dSphs中的子块并不能有效地增强信号;（ii）大气切伦科夫望远镜对20 kpc内具有核心晕的dSphs的灵敏度可能比假设它们是点状的估计差约50倍。即使对于星载费米LAT，对于长时间曝光，在相关角度尺度上的灵敏度也显著降低，因此在选择目标时考虑dSphs的角度范围至关重要;（iii）目前的数据没有排除糖尿病的可能性，但是使用内部暗物质尖点斜率0 <= gamma <= 1的先验，因子估计精确到几个因子，如果适当的角度尺度[删节]
2011-07-05 astro-ph.HE
Identifying multiwavelength counterparts to astrophysical neutrino events
本研究提出一种自动化工具，利用Fermi-LAT数据识别天体物理中微子事件的多波段对应体，以支持地基与天基天文台迅速后续观测并精确定位中微子源。
2023-09-12 astro-ph.HE
Exotic PeVatrons as sources of ultra-high-energy gamma rays
Center for Theoretical Physics, College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院理论物理中心）；INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）；Dipartimento di Fisica ”E. Pancini”, Università di Napoli ”Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学E. Pancini物理系）；Scuola Superiore Meridionale（南方高等学院）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）
本文提出了一种基于奇异天体的PeV加速器模型，通过与millicharged暗物质的相互作用产生强磁场，从而产生超高能伽马射线，并探讨其在银河系中的分布及检测可能性。
2026-01-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Search for UHE gamma photons in cosmic rays by studying the geomagnetic influence on air-shower muons
通过研究磁场对大气簇射缪子的影响，提出了一种利用缪子探测器区分极高能伽马射线与宇宙射线的方法，实现了高区分效率。
2025-12-05 astro-ph.HE
Cosmic ray propagation in the Universe in presence of a random magnetic field
高能宇宙射线的起源仍然是一个谜。然而，由于目前的宇宙射线观测站记录了高质量的数据，在过去几年中取得了相当大的进展。最近的成就之一是皮埃尔·俄歇天文台获得了关于最高能宇宙射线起源于河外的确凿观测证据。另一方面，人们相信有一个非零的湍流磁场充满星系际介质。因此，星系际磁场的存在对高能宇宙射线在宇宙中的传播起着重要的作用，这在原则上与解释实验数据有关。在这项工作中，我们提出了一个系统的偏微分方程，它描述了宇宙中的高能宇宙射线的传播，在存在的湍流星系际磁场，其中包括扩散和弹道制度的传播，也它们之间的过渡。此外，作为应用的一个例子，方程组数值求解在一个简化的物理情况。
2021-03-04 astro-ph.HE
Mass Composition of UHECRs from $X_{\rm max}$ Distributions Recorded by the Pierre Auger and Telescope Array Observatories
在这篇论文中，我们从皮埃尔·俄歇（2014）和望远镜阵列（TA）（2016）天文台记录的$X_{\rm max}$分布的测量结果中推断出超高能宇宙射线（UHECR）的质量组成，通过将它们与来自大量主要物质的蒙特卡罗（MC）模板的所有可能组合进行拟合（p，He，C，N，O，Ne，Si和Fe）的强子相互作用，与EPOS-LHC，QGSJETII-04和Sibyll 2.1强子相互作用模型所预测的一致。我们使用从一个实验在每个能量间隔重建的原子核的各个分数，以建立等效的MC $X_{\rm max}$分布，我们与其他实验的实验$X_{\rm max}$分布进行比较，应用不同的统计检验的兼容性。从两个实验中得到的结果证实了UHECR的质量组成（$\gtrsim$ $70\%$）由质子和He核控制{在所研究的能量范围内$\lg E (\rm eV)$ = [17.8- 19.3]（俄歇）和$\lg E \rm (eV)$ = [18.2- 19.0]（TA）}。两个实验记录的$X_{\rm max}$分布之间的间接比较表明，两个数据集的兼容性程度是好的，甚至在一些高能量间隔，特别是在脚踝以上（$\lg E (\rm eV) \sim 18.7$）的优秀。然而，我们的研究表明，在低能量下，为了协调两个实验的结果，需要进一步努力进行数据分析。
2021-09-09 astro-ph.HE hep-ph
Prospects for future very high-energy gamma-ray sky survey: impact of secondary gamma rays
遥远耀变体的甚高能伽玛射线测量结果可以很好地解释为由超高能宇宙射线诱发的级联发射的次级伽玛射线。次级伽马射线将使人们能够用未来的地面伽马射线望远镜（如切伦科夫望远镜阵列（CTA））探测到大量的耀变体。我们表明，二次发射过程将允许CTA检测100，130，150，87，和8个耀变体以上30 GeV，100 GeV，300 GeV，1 TeV，和10 TeV，分别到$z\sim8$假设星系际磁场（IGMF）强度$B=10^{-17}$ G和无偏的全天巡天与0.5小时曝光在每个视场，其中，总观测时间为$\sim540$ hr。在$B=10^{-15}$ G的情况下，这些数字为79、96、110、63和6，直至$z\sim5$。这一大量的源统计数据将是次级伽马射线情景的明确证据，也是从统计学上研究IGMF的新关键。我们还发现，更广泛和更浅的调查是有利于检测更多和更高的红移源，即使我们考虑到二次伽马射线。
2013-12-12 astro-ph.HE
R-process Element Cosmic Rays from Neutron Star Mergers
中子星并合是宇宙中r过程元素最可能的来源之一。因此，NSM也可能是宇宙射线中超重元素的主要来源。在本文中，我们首先估计的贡献，r-过程元素合成的NSM超重元素宇宙射线（UHCR）的计算输运方程，考虑到能量损失过程和散裂。我们表明，UHCR的通量加速NSM本身的波动了许多数量级的时间尺度上的几百万年，可以压倒UHCR加速超新星遗迹（SNRs）后，NSM发生在几千秒差距内从太阳系。使用陨石作为UHCR探测器进行长时间曝光的实验可以检测到这种波动。因此，我们表明，如果NSMs是UHCR的主要来源，未来的实验使用陨石有可能揭示NSMs在太阳附近的事件历史。我们还描述了一个可能的差异之间的NSM和SNR加速度的丰度模式和能谱的UHCR。
2017-08-18 astro-ph.HE
Prospects of detecting a large-scale anisotropy of ultra-high-energy cosmic rays from a nearby source with the K-EUSO orbital telescope
KLYPVE-EUSO（K-EUSO）是计划中的超高能宇宙射线轨道探测器，将部署在国际空间站上。预计K-EUSO在天球上的照射量是均匀的，在两年的飞行任务中，在57 EeV以上的能量下记录120至500个UHECR。我们采用TransportCR和CRPropa 3软件包来估计用K-EUSO探测来自附近源的超高能宇宙射线的大尺度各向异性的前景。附近的活动星系核半人马座A、M82、NGC 253、M87和天炉座A被认为是UHECR的可能来源。为了确定性，选择了Kachelriess、Kalashev、Ostapchenko和Semikoz（2017）提出的河外宇宙射线和中微子的极小模型。我们证明，观察$\gtrsim300$事件将允许检测一个大规模的各向异性提供的分数从源事件是$\simeq$ 10- 15%，取决于一个特定的源具有高的置信水平。阈值分数随着样本量的增加而减小。我们还讨论了如果一个overdensity起源于附近的源可以观察到在脚踝周围的情况下，发现一个类似的各向异性超过57 EeV。结果是通用的，并为其他未来的实验与均匀曝光的天球。
2019-08-15 astro-ph.HE astro-ph.IM
Origin of Small-Scale Anisotropies in Galactic Cosmic Rays
银河系宇宙射线（CR）的到达方向是高度各向同性的。这是预期的湍流磁场在我们的银河系环境中的存在，反复散射带电的CR在传播过程中。然而，各种CR天文台已经确定了各种角度大小的弱各向异性，相对强度高达千分之一。尽管大尺度的各向异性通常由标准扩散模型预测，但小尺度各向异性的出现低至10度的角尺寸是令人惊讶的。在这篇综述中，我们总结了目前的实验情况下，大规模和小规模的各向异性。我们解决了一些问题，在比较不同的实验结果和剩余的问题，在解释所观察到的大规模各向异性。然后，我们回顾了标准的扩散图片和它的困难，在生产的小规模的各向异性。设置阶段，我们审查的各种想法和模型提出的解释小规模的各向异性。
2016-12-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Development of neutrino initiated cascades at mid and high altitudes in the atmosphere
中微子是一种非常有前途的信使，能量在几十EeV以上。它们可以通过几个渠道产生，即作为强子相互作用的副产品在源，作为超大质量粒子衰变的主要产品，并在一定程度上，作为UHECR通过微波遗迹光子浴传播的结果。JEM-EUSO任务是一个主要例子，一个非常大曝光空间观测站的新时代即将到来，有了它，在最高能量下进行天体物理中微子探测的可能性就更大了。在目前的工作中，我们使用的PYTHIA相互作用代码与CONEX淋浴模拟包的组合，以产生快速的一维模拟中微子在空气中引发的淋浴。我们详细研究了相应的纵向剖面的结构，但我们的物理分析主要集中在中高海拔地区阵雨的发展上，在那里它们可以成为空间荧光观测站的一个有趣的目标。
2009-09-07 astro-ph.HE
Blazar variability power spectra from radio up to TeV photon energies: Mrk 421 and PKS 2155-304
我们给出了Blazar Mrk，421和PKS，2155 $-$ 304的功率谱密度（PSD）分析结果，使用高质量、密集采样的多个频率的光变曲线，覆盖了17个十年的电磁波谱，以及从几周到十年的变化时间尺度。这些数据是从OVRO、光学和红外线无线电观测站的公开档案中收集的。（B、V、R、I、J、H和K波段），来自{ \it Swift}和{ \it Rossi} X射线定时探测器的X射线，来自{ \it Fermi}的高能和甚高能$γ-$射线和甚高能辐射成像望远镜阵列系统以及高能立体系统。我们的结果是：（1）在无线电、红外和光学频率处的变化性功率谱的幂律形式具有斜率$\sim$ 1.8，指示随机游走型噪声过程;（2）然而，在从X射线到非常高能量的$γ$ -射线的较高频率处的变化性功率谱的幂律形式具有斜率$\sim$ 1.2，指示闪烁噪声型过程;（3）与较低能量相比，X射线、高能量和非常高能量的$γ$ -射线在时间尺度$\lesssim$ 100天上具有显著更大的可变性功率。我们的结果不容易适合一个简单的模型，其中一个单一的紧凑的发射区是占主导地位的耀变体的辐射输出在我们的分析中探测的所有时间尺度。相反，我们认为，频率依赖的形状的变化功率谱指出了一个更复杂的画面，高度不均匀的流出产生非热发射超过一个扩展的，分层的体积。
2020-04-06 astro-ph.HE
Feasibility study of probing the high energy end of the primary cosmic electron spectrum by detecting geo-synchrotron X-rays
基于对一个用于观测初级电子产生的同步辐射硬X射线的探测器的测试，我们研究了探测能量在几TeV到10 TeV以上的宇宙电子的可行性。这样的高能电子被认为是地球附近的来源的证据（例如超新星遗迹，如船帆座：年龄< ~10^5年，位于<~ 1 kpc）。这个想法本身是相当古老的;一个高能电子在地磁场中连续发射同步加速器X射线，从而产生几个在米尺度上排列的X射线。这一特征为克服其他传统观测方法中遇到的背景问题提供了一条线索。我们严格审查这种方法的可行性，假设卫星高度观测，并发现，这是很难得到一个精确的能谱的电子，但有可能得到一个明确的信号的存在，几个TeV的电子，如果通量是由一类合理的模型预测的水平相媲美。对于这样的观测，需要大于1 m^2年的曝光量。将本方案应用于伽马射线暴的观测是很有吸引力的。
2011-04-13 astro-ph.HE
Source models of ultrahigh-energy cosmic rays
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（高能物理研究所，中国科学院粒子天体物理重点实验室）；TIANFU Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）
该研究探讨超高能宇宙射线的潜在起源与加速机制，分析多种天体现象的贡献，提出剪切加速机制，指出未来多信使观测将助力完善相关认知。
2026-08-28 astro-ph.HE
Upper limits on the total cosmic-ray luminosity of individual sources
本文确定了五个源的超高能宇宙射线（UHECR）（E > $10^{18}$ eV）的总光度上限。给定源的GeV-TeV伽马射线积分通量的上限用于提取总UHECR光度的上限。GeVTeV γ射线积分通量上限与UHECR光度上限之间的相关性是通过宇宙射线在背景辐射场中传播时发生的级联过程建立的，如参考文献[1]所述。研究了FERMI-LAT、VERITAS和MAGIC天文台测量的28个源。GeV-TeV伽马射线通量的测量上限是限制性的，足以允许计算上限的总UHECR宇宙射线光度的五个来源。这些源的UHECR宇宙线光度的上限示出的发射机制的几个假设。对于所有研究的来源，超高能质子光度的上限也被设定。
2014-05-15 astro-ph.HE
Binary Neutron Star Mergers as Potential Sources for Ultra-High-Energy Cosmic Rays and High-Energy Neutrinos
本研究探讨双中子星并合产生的短伽马射线暴在瞬时辐射阶段加速r-过程核素至超高能宇宙射线，并预测延展辐射阶段产生高能中微子，供未来观测验证。
2025-06-21 astro-ph.HE
Diffuse Emission of Galactic High-Energy Neutrinos from a Global Fit of Cosmic Rays
本文提出新的银河系弥散高能伽马射线和中微子模型CRINGE，通过拟合AMS-02、DAMPE、IceTop和KASCADE等最新宇宙线数据，量化预测不确定性并揭示与旧模型的显著偏差。
2022-12-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
