Diffusive Origin of the Cosmic-Ray Spectral Hardening
来自ATIC、CREAM和PAMELA的最新数据表明，100 GeV/核子以上的宇宙线核的能谱随着能量的增加而经历显著的硬化。这种效应不能恢复的CR加速和扩散传播过程的常规描述。使用分析计算，我表明，硬化效应可以是CR扩散性能在银河系的不同区域的空间变化的后果。我讨论的影响，这种情况下的主要CR观测和它的连接与CR物理的开放问题。
2012-10-27 astro-ph.HE
Origin of the Cosmic Ray Spectral Hardening
来自ATIC、CREAM和PAMELA的最新数据表明，质子和原子核的宇宙射线能谱在每个核子能量超过100 GeV时表现出显著的硬化。我们认为，硬化是一种星际传播效应，起源于宇宙射线输运性质在银河系不同区域的空间变化。关键的假设是，扩散系数是不能分离成能量和空间变量通常假设。在这种情况下，我们可以很好地再现观测数据。我们的模型有几个宇宙射线加速/传播物理的影响，并可以通过正在进行的实验，如阿尔法磁谱仪或费米/LAT进行测试。
2012-05-26 astro-ph.HE
Revisiting the hardening of the cosmic-ray energy spectrum at TeV energies
通过ATIC、CREAM和PAMELA等实验对宇宙射线的测量表明，宇宙射线能谱在TeV能量处硬化。在我们最近的工作中（Escherdam & Hörandel 2012a），我们表明硬化可能是由于附近超新星遗迹的影响。我们展示了质子和氦的情况。在本文中，我们提出了一个改进的和详细的版本，我们以前的工作，并扩展我们的研究更重的宇宙射线物种，如硼，碳，氧，铁核。与我们以前的研究不同，本工作涉及背景宇宙射线的详细计算，并遵循一致的处理宇宙射线源参数之间的背景和附近的组件。此外，我们还提出了一个详细的比较，我们的结果的次级到初级的比率，次级光谱，和扩散伽马射线光谱与预期的结果从其他现有的模型，这可以检查未来的测量在高能量。
2013-08-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evidence of fresh cosmic ray in galactic plane based on DAMPE measurement of B/C and B/O ratios
越来越多的实验表明，初级和次级宇宙线的能谱在$\sim 200$ GV以上都表现出硬化。最近，DAMPE实验报告了在$200$ GV下硼碳比的硬化。这些迹象要求修改传统的宇宙射线（CR）图片。在这项工作中，我们提出了多核次级宇宙射线，如硼，反质子，起源于强子相互作用的新加速的宇宙射线与星际气体附近的源。我们发现，次级与初级的比例，例如，硼碳，硼氧和反质子质子比，可以很好地描述。电子和正电子的测量也可以解释。
2023-02-03 astro-ph.HE
"Discrepant hardenings" in cosmic ray spectra: a first estimate of the effects on secondary antiproton and diffuse gamma-ray yields
CREAM最近的数据似乎证实了早期的建议，即初级宇宙线（CR）光谱在几TeV/核子比在10-100 GeV范围内更难。此外，氦和更重的原子核光谱出现系统硬比质子通量在相应的能量。我们在这里注意到，如果测量反映的星际通量（相对于本地的影响）的内在功能，预计在sub-TeV范围内的次级产额，如反质子和弥漫的伽马射线的可观的修改。目前，对这些特征的起源的无知代表了天体物理参数提取以及间接暗物质搜索的背景估计中的系统误差。我们发现，光谱的修改是明显的100 GeV以上，并可以负责~30%的影响，反质子的能量接近1 TeV或伽马的能量接近300 GeV，相比目前考虑的预测的基础上简单的外推输入通量从低能量的数据。或者，如果该特征来自本地源，则不相关的光谱变化可能会出现在反质子和高能伽马射线中，后者可能依赖于视线。
2011-01-19 astro-ph.HE hep-ph
Secondary cosmic-ray nucleus spectra disfavor particle transport in the Galaxy without reacceleration
对银河系次级族宇宙线（Li、Be、B）通量的精确观测，对我们理解宇宙线的起源和传播具有重要意义。在这里，我们采用最近非常精确的测量这些物种的阿尔法磁谱仪在国际空间站上，连同他们的父母种（C和O），以及收集的数据由旅行者1号航天器以外的日光层和先进的成分探测器，调查宇宙射线在银河系中的传播。我们考虑了宇宙射线在传播过程中的扩散加上再加速或对流效应，发现再加速模型比对流模型能显著更好地拟合数据。我们进一步发现，对于再加速模型，一次粒子和二次粒子的谱硬化可以很好地描述注入硬化，而不包括额外的传播硬化。这是由于再加速效应导致在低能量下次级与初级的比率更陡，因此可以自然地再现次级光谱比AMS-02发现的初级光谱更硬化的事实。
2020-09-17 astro-ph.HE hep-ph
On the rate of black hole binary mergers in galactic nuclei due to dynamical hardening
我们评估了直接三体散射相互作用对星系核中恒星质量黑洞双星（BHB）合并率的动力学硬化的贡献。我们推导了一个分析模型，在一个核与球形和盘组件托管一个超大质量黑洞（SMBH）的单二进制遇到率。我们确定的总数量遇到$N_{\rm GW}$需要硬化BHB的点，螺旋由于引力波发射发生在下一个三体散射事件之前。这对于球形和圆盘分量都是独立完成的。使用蒙特卡罗方法，我们改进我们的计算$N_{\rm GW}$，包括散射事件之间的引力波发射。对于天体物理学上合理的模型，我们发现，通常$N_{\rm GW} \lesssim$ 10。我们发现两个独立的制度，有效的动力学硬化的BHB：（1）球形星团的中心密度高，低速色散和没有显着的开普勒组件;（2）迁移陷阱周围的SMBH缺乏任何显着的球形恒星组件附近的迁移陷阱，这是预期由于有效的轨道倾角减少任何球形人口的磁盘。我们还发现一个弱的相关性之间的比率的二阶速度矩的速度分散在星系核和BHB合并的速度，这个比例是一个代理之间的比率的旋转和色散支持的组件。由于磁盘执行平面的相互作用，是有效的硬化BHB，特别是在迁移陷阱，他们有很高的合并率，可以显着的BHB合并率检测到先进的激光干涉仪引力波天文台。
2017-11-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
Discrepant hardening observed in cosmic-ray elemental spectra
气球载宇宙射线能量学和质量（CREAM）实验从南极洲发射了五次，在99.5%的大气层以上累计飞行时间约为156天。该仪器配置有互补和冗余的粒子探测器，旨在将宇宙射线成分的直接测量扩展到气球飞行中实际使用的最高能量。从质子到铁核的所有元素都以出色的电荷分辨率分离。在这里，我们报告的结果从头两个飞行的~70天，这表明硬化的元素光谱以上~200 GeV/核子和两个最丰富的物种，质子和氦核之间的光谱差异。这些结果挑战了宇宙射线光谱是简单的幂律低于所谓的膝盖在~1015 eV的观点。这种不一致的硬化可能是由相对较近的源引起的，也可能是由宇宙射线与加速激波相互作用引起的光谱畸变。还应调查其他可能的解释。
2010-04-07 astro-ph.HE
On the spectrum of stable secondary nuclei in cosmic rays
宇宙射线中次级核和初级核的通量之比，长期以来一直被用作宇宙射线粒子在整个银河系旅行中所经过的克重的指标。基本的想法是，初级粒子在天体物理源中被加速，例如超新星遗迹激波，最终在银河系体积中传播，偶尔与气体相互作用，主要是在银河系的圆盘中，在那里，它们通过spectrometry产生次级核。在足够高的能量下，通常是$\gtrsim 100$ GeV/n，次级核与主初级核的通量之比被发现以$E_{k}^{-δ}$为尺度，其中$E_{k}$是每个核子的能量（自旋反应中的守恒量），$δ$确定扩散系数的能量依赖性。可能首先导致宇宙射线加速的同一冲击波也会在上游拾取任何其他带电粒子，只要它们高于注入的阈值。在星际介质中由中子产生的次级核也不例外，因此它们也会被加速。这种影响是不可避免的，只是其强度可能是有争议的。我们计算光谱的二次元素，如硼和锂，考虑到冲击再加速，并比较我们的预测与最近的观察B/C比和初步测量的硼和锂通量。这两组数据似乎证实了次级核的再加速确实起着重要作用，从而影响了宇宙射线物理学中经常使用的那些标度规则的有效性。
2017-07-03 astro-ph.HE
Secondary Cosmic Ray Nuclei from Supernova Remnants and Constraints to the Propagation Parameters
次级与初级B/C比被广泛用于研究宇宙线在银河系中的传播过程。通常认为，次级核如Li-Be-B完全是由重CR核与星际介质（ISM）碰撞产生的。我们研究了CR传播的情况下，次级核也可以产生或加速从星系源。我们考虑超新星遗迹（SNRs）内部的强子相互作用过程和强激波中背景CRs的再加速。因此，我们调查他们的影响，在目前和未来的数据中的传播参数的确定。从SNRs发射的Li-Be-B核的光谱比由于CR与ISM碰撞的光谱硬。在~TeV/n的能量下，次级与初级的比率显着变平，无论是来自源的spectrum还是再加速。这两种机制是相互补充的，并依赖于周围的本地ISM膨胀残留物的属性。对于致密的背景介质（n ~1 cm^-3），SNR中的次级产生是显著的，而再加速的CR的量与SNR扩展到稀薄介质（n ~0.1 cm^-3）中有关。由于这些影响，扩散参数“delta”可能被误解约5- 15%的因子。我们的估计表明，AMS-02口径的实验可以限制关键的传播参数，同时打破源输运简并，为广泛的一类B/C一致的模型。考虑到正在进行的实验所预期的数据的精度，如果有的话，应考虑次级核的SNR产生/加速，以防止可能的CR输运参数的错误确定。
2012-07-22 astro-ph.HE
A diffusive origin for the cosmic-ray spectral hardening reveals signatures of a nearbysource in the leptons and protons data
在这项工作中，我们的目标是再现，同时，在$\sim 10 \, \mathrm{TeV}$的宇宙射线质子谱的光谱特征，最近报道的DAMPE合作，连同光谱中断在$\sim 1 \, \mathrm{TeV}$测量的H.E.S.S.在轻子谱中。这些特征被解释为附近一个隐藏的宇宙射线加速器的特征。我们表明，这种解释是一致的偶极各向异性的数据，只要刚性缩放的扩散系数的特点硬化在$\sim 200 \, \mathrm{GV}$，建议由AMS-02合作的高精度测量的轻核数据。这种刚性依赖的扩散系数始终适用于大规模的扩散宇宙射线海以及附近的源注入的粒子。
2021-11-19 astro-ph.HE
Origin of hardening and universality of cosmic rays spectra in GV-PV rigidity region
最近的球载和卫星实验确定了宇宙射线光谱行为的新特征。对所有数据的分析表明，在$>200$ GV区观察到最丰富的初级宇宙线核谱随刚性增加而硬化。与此同时，次级宇宙射线的刚性依赖性明显不同。AMS-02数据表明，在200 GV以上，次级宇宙射线Li、Be、B比初级He、C、O硬化得更多。在本文中，我们讨论了一个新的情况下，自洽地描述这些新的宇宙射线谱的功能。我们证明了AMS-02测量的宇宙线谱的斜率的变化所造成的过渡从多个遥远的银河系源的贡献，包括核相互作用的粒子加速这些源与星际介质在银河系中游荡，主要是本地的贡献。我们还发现在刚性$R> 10^5$ GV处观察到光谱普适性。
2019-05-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Production of secondary particles in heavy nuclei interactions in supernova remnants
根据它们的类型，超新星遗迹可能含有高丰度的重元素，如碳或氧。此外，核心坍缩超新星在其祖先恒星的风物质中爆炸，这些物质也可能具有高丰度的重元素。在这些富集介质中的强子碰撞产生了伽马射线、中微子和次级电子，它们的光谱不能从pp碰撞的计算结果中换算出来，可能导致错误的结果。我们使用蒙特卡罗事件发生器来计算粒子，如伽马射线，中微子和次级电子的H，He，C和O核作为射弹和作为靶材料的微分产生率。分别计算了16种弹靶组合的截面和多重数谱。我们描述了重核的形状和规范化的各种粒子的光谱特性的影响。
2020-07-08 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Hardenings in the Light of AMS-02
AMS-02实验最近对宇宙射线的精确观测清楚地表明：（1）与$\propto R^{0.08}$的质子相比，氦和碳的光谱更硬;（2）质子和氦的光谱在刚性$R \sim 300$ GV处出现凹形断裂。特别是氦和碳的光谱是完全相似的，指向相同的加速位置。我们研究这些功能的可能的解释，并确定一个化学丰富的区域，即超级气泡作为最有可能的起源银河CR在高刚性$R>30$ GV。CR碳和氦的相似光谱进一步表明，具有$R>30$ GV的CR来自超泡核心的超新星喷出物，与相当或更少量的星际介质混合。我们预测类似的光谱重核。
2016-03-18 astro-ph.HE
Secondary cosmic ray nuclei in the light of the Single Source Model
通过AMS-02仪器最近对各种宇宙射线能谱的精确测量，正在积累宇宙射线局部“单一源”的证据。除了对单个宇宙射线核、电子、正电子和反质子的观测外，现在还必须高精度地测定硼碳比和锂的能谱，直至2000 GV。我们的分析使我们声称，与某些假设在银河系中的传播，结果证实了我们的论点，关于存在一个本地的单一来源，也许，超新星遗迹（SNR）。试图确定一些属性的SNR和它的祖星。
2016-05-04 astro-ph.HE
Secondary Cosmic Ray Nuclei in the Light of the Single Source Model
通过AMS-02仪器最近对各种宇宙射线能谱的精确测量，正在积累宇宙射线局部“单一源”的证据。除了对单个宇宙射线核、电子、正电子和反质子的观测外，现在还必须高精度地测定硼碳比和锂的能谱，直至2000 GV。我们的分析使我们声称，在银河系中传播的某些假设，结果证实了我们的论点，关于存在一个本地的单一来源，也许，超新星遗迹（SNR）。试图确定一些属性的SNR和它的祖星。
2016-11-11 astro-ph.HE
Energy spectra of primary and secondary cosmic-ray nuclei measured with TRACER
TRACER宇宙射线探测器于2003年首次在长时间气球（LDB）上飞行，用于观测从氧（Z = 8）到铁（Z = 26）的主要初级宇宙射线核，现已升级，还可以测量较轻核的能量，包括次要物质硼（Z = 5）。该仪器在2006年的另一次LDB飞行中使用。修改后的探测器系统的属性和性能进行了说明，并从2006年的飞行数据的分析进行了讨论。本文报道了初核碳（Z = 6）、氧和铁在1 GeV amu $^{-1}$~2 TeV amu $^{-1}$范围内的能谱。氧和铁的数据被认为是在良好的协议与以前的跟踪飞行的结果。硼能谱的测量也延伸到TeV amu $^{-1}$区。高于$\sim10$ GeV amu $^{-1}$的原生核（如碳、氧和铁）的相对丰度与能量无关，而硼丰度（即B/C丰度比）如预期的那样随能量而降低。然而，有迹象表明，以前报道的B/C比的$E^{-0.6}$依赖性不继续到最高能量。
2011-08-24 astro-ph.HE
Implementation of CR Energy SPectrum (CRESP) algorithm in PIERNIK MHD code. II. Propagation of Primary and Secondary nuclei in a magneto-hydrodynamical environment
Nicolaus Copernicus University in Toruń（托伦哥白尼大学）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center（尼古拉·哥白尼天文学中心）；Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Universität Heidelberg（海德堡大学）
本文在PIERNIK MHD代码中实现了CR能谱算法，研究了磁流体动力学环境中初级和次级核的传播，探讨了扩散系数和SN率对次级到初级通量比的影响。
2026-03-12 astro-ph.HE
Reconcile the AMS-02 positron fraction and Fermi-LAT/HESS total $e^{\pm}$ spectra by the primary electron spectrum hardening
最近报道的AMS-02的正电子分数高达$\sim 350$ GeV似乎与费米和HESS探测到的总电子/正电子谱有张力，无论是脉冲星或暗物质湮灭/衰变方案作为主要的正电子源。在这项工作中，我们将表明，张力将被删除的初级电子光谱的调整。如果初级电子谱在$\sim50$ GeV以上变得更硬，类似于宇宙线核谱，AMS-02正电子分数和费米/HESS数据可以很好地用脉冲星和暗物质模型拟合。这一结果表明，宇宙线核和初级电子应该有一个共同的起源。此外，本研究还暗示，AMS-02数据拟合得到的额外源的性质应取决于背景的形式。
2014-05-14 astro-ph.HE hep-ph
Bayesian analysis of cosmic-ray propagation parameters: secondary antiparticles from spatial-dependent diffusion models
银河系宇宙射线（CR）的反粒子能谱具有几个令人兴奋的特征，如\AMS{}实验测得的在$E\sim$ 10- 200\，GeV处意外的正电子过剩和在$E\sim$\，60 - 450\，GeV处非常硬的反质子通量.本文报道了由次级产生产生的反粒子CR谱的计算及其相应的不确定度。使用CR质子，氦，碳，和核比$^{10}$ Be/ $^{9}$ Be和B/C的最新数据，我们已经进行了全球贝叶斯分析，基于马尔可夫链蒙特卡罗抽样算法，在银河系中的空间依赖CR扩散的情况下，再现了所观察到的光谱硬化的CR强子通量。虽然高能正电子过剩需要额外的未知来源的贡献，我们发现，反质子数据是一致的估计的不确定性，我们的预测基于二次生产。
2018-07-27 astro-ph.HE
Production of secondary particles and nuclei in cosmic rays collisions with the interstellar gas using the FLUKA code
观测到的宇宙射线（CR）与天文环境相互作用产生的次级粒子通量，对于理解CR输运的物理过程起着至关重要的作用。本文对几种稳定或长寿命的宇宙射线射弹之间的非弹性相互作用产生的次级强子、轻子、γ射线和中微子产额进行了全面的计算（p，D，T，3 He，4 He，6Li，7 Li，9 Be，10 Be，10 B，11B，12 C，13 C，14 C，14 N，15 N，16 O，17 O，18 O，20 Ne，24 Mg和28 Si）和不同的靶气体核（p，4He，12C，14N，16O，20Ne，24Mg，28Si和40Ar）。使用FLUKA计算产率，FLUKA是一种模拟软件包，旨在计算次级产物的能量分布，在很宽的能量范围内具有很高的精度。目前的结果提供了，第一次，一个完整的和自洽的一套所有相关的包容性截面关于整个频谱的次级产品在核碰撞。我们覆盖，为弹丸，动能范围从$0.1 GeV/n$到$100 TeV/n$在实验室框架。为了表明我们的研究结果的重要性，多信使研究的物理CR传播，我们评估银河系的次级核，轻子和伽马射线的传播光谱的相互作用的CR与insterstellar气体，利用数字代码DRAGON和GammaSky。我们表明，采用我们的截面数据库，我们能够提供一个很好的适合一个完整的样本的CR观测，包括：轻子和强子光谱测量在地球上，本地星际旅行者测量的光谱，和伽马射线发射率费米-LAT合…
2017-03-03 astro-ph.HE
Nearby SNR: a possible common origin to multi-messenger anomalies in spectra, ratios and anisotropy of cosmic rays
在过去的几年中，观测到了多信使异常，包括原子核、轻子、$\bar p/p$和B/C比值的光谱硬化或过剩，以及各向异性反转。AMS-02实验还揭示了正电子和电子在284 GeV和TeV以上的不同光谱断裂。人们自然会问，所有这些异常现象是否都源于一个统一的物理场景。在这项工作中，空间相关的传播（SDP）与附近的SNR源，以重现上述异常。SNRs周围可能存在致密的分子云（DMC），次级粒子可能是加速的初级宇宙射线与DMC发生碰撞或碎裂而产生的。其结果是，可以很好地再现一次粒子、二次粒子以及$B/C$和$\bar p/p$的比率的光谱硬化。由于在源年龄为330 kyrs时的能量损失，从测量结果中暗示出初级电子的特征谱断裂在约1 TeV处。来自带电π介子的次级正电子和电子从其母粒子吸收$5\%$能量，因此正电子能谱在$\sim$ 250 GeV处截止。因此，正电子和电子的不同谱折以及其他异常可以在这个统一的物理方案中实现。更有趣的是，我们还获得了Li，Be，B等次级粒子在5 TV处的光谱截止等特征结构，这可以用来验证我们的模型。我们希望这些标记的结构可以在未来的新一代星载实验HERD观测。
2022-12-12 astro-ph.HE
Spatial-Dependent Diffusion of Cosmic Rays and the Ratio of pbar/p, B/C
最近对宇宙线谱的精确测量表明，PAMELA、CREAM、ATIC、AMS 02实验的原子核在~200 GV处出现异常硬化，而AMS 02实验的初级电子在几十GeV处出现异常硬化。特别是AMS 02最新观测到的pbar/p比值呈现平坦分布，进一步验证了次级粒子的光谱异常。这些新现象表明传统的宇宙射线传播模型受到了挑战。本文采用DRAGON软件包中的双晕模型的物理图像，通过追踪源分布，采用空间相关的传播系数D（r，z，ρ）。在这种情况下，模型计算得到的是初核和电子的双分量谱，同时由于银盘中D（r，z，ρ）的刚性依赖性较小，次级与初级的比值必然比传统传播模型的计算结果更加平坦。结果表明，在银盘中仅采用空间相关的传播系数D（r，z，ρ），就可以再现质子、电子的光谱硬化以及pbar/p和B/C的平坦比。
2015-09-28 astro-ph.HE
Understanding the cosmic ray positron flux
阿尔法磁谱仪最近对宇宙线正电子通量的精确测量表明，当能量接近1 TeV时，谱线具有明显的软化特征。对这一结果的一种可能的解释是，观察到的特征测量了一种新的硬正电子源的最大能量，这种源可能与暗物质的自湮灭或衰变有关，或者与正电子加速器有关。以$E \simeq 25$ ~GeV为中心的正电子通量的逐渐硬化也可以被理解为跃迁的特征，其中由于二次产生，新的源超过了传统的组件。这种解释简单而有吸引力，但并非独一无二。另一种可能性，即正电子流完全是次级起源，仍然是可行的。在这种情况下，AMS观测到的正电子光谱软化是由能量损失效应产生的，在$e^-$光谱中也应该可以看到类似但不完全相同的结构。事实上，在电子中观察到了与正电子通量的硬化和软化类似的光谱特征，这需要一个一致的解释。精确测量的$e^+$和$e^-$光谱在TeV和多TeV的能量范围是至关重要的，以澄清这个问题。
2019-02-16 astro-ph.HE
The gluon condensation effect in the cosmic hadron spectra
用胶子凝聚（GC）模型解释了宇宙质子谱和核谱的硬化现象。GC模型指出，在高能阈附近，质子中的大量胶子可以凝聚。结果表明GC效应是一系列异常天体物理现象的共同起源，这些异常天体物理现象包括伽玛射线谱的幂律破缺、正电子谱和电子谱的过剩以及质子谱和核谱的硬化。
2020-07-23 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
A Systematic Search for Spectral Hardening in Blazar Flares with the Fermi-Large Area Telescope
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (IUCAA)（大学天文学与天体物理学中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；Clemson University（克莱姆森大学）
本研究利用费米-大视场望远镜系统性分析了极端高同步辐射峰值耀变人中的谱硬化现象，发现两个事件显示谱硬化迹象，支持了连续变化的幂律模型。
2025-10-16 astro-ph.HE
The impact of the eROSITA bubbles on Galactic cosmic-ray transport
University of Chicago（芝加哥大学）
研究提出银河射流而非微观散射特性导致射线能谱变硬，通过现象学模型显示 advective 流边界可复现二次到一次比值的300 GV硬化，与AMS-02数据和多波段约束一致。
2026-04-02 astro-ph.HE
Looking for the possible gluon condensation signature in sub-TeV gamma-ray spectra: from active galactic nuclei to gamma ray bursts
本文用质子胶子凝聚作为动力学模型来处理一系列未解决的亚TeV γ能谱难题，包括blazar辐射的幂律破缺，1ES 1426+428，Mkn 501的硬化混淆，以及最近记录的GRB 180720 B和GRB 190114 C的亚TeV γ能谱。我们发现，上述伽马射线能谱中的反常现象可以用基于QCD胶子凝聚效应的简单破缺幂律来理解。
2020-12-16 astro-ph.HE
Universal properties of primary and secondary cosmic ray energy spectra
出现在宇宙射线中的原子核通常分为初级和次级。然而，更好地了解它们的起源和传播特性仍然是必要的。我们分析了由阿尔法磁谱仪（AMS）在国际空间站上检测到的2GV和3 TV之间的刚性（动量/电荷）的初级（He，C，O）和次级核（Li，Be，B）的通量。我们发现，$q$指数分布函数，作为动机的广义版本的统计力学与温度波动，提供了很好的适合所考虑的所有核的测量通量。初级通量和次级通量揭示了对每个核子的动能的普遍依赖性，其中基本的能量分布函数仅由其有效自由度来区分。所有给出的光谱的特点是由一个通用的平均温度参数$\sim$ 200 MeV，同意与哈格多恩温度。我们的分析表明，QCD散射过程与非平衡温度涨落一起提供了一个合理的解释宇宙射线能谱中观察到的普遍性。我们的分析表明，QCD散射过程与非平衡温度起伏一起普遍地印在测量的宇宙线谱上，并产生与地球上的高能对撞机实验相似的能谱形状。
2020-09-03 astro-ph.HE
CRPropa 2.0 -- a Public Framework for Propagating High Energy Nuclei, Secondary Gamma Rays and Neutrinos
CRPropa 2.0版是一个公共软件，用于模拟原子序数Z<26的超高能核通过结构化磁场和周围光子背景在银河系外的传播，同时考虑到所有相关的粒子相互作用。CRPropa覆盖能量范围6* 10 ^16 < E/eV < A* 10 ^22，其中A是核质量数。CRPropa还可用于跟踪次级γ射线和中微子，从而研究它们与带电的初级核的联系-所谓的多信使联系。在一般性的介绍之后，我们提出了几个当前感兴趣的关于河外超高能辐射物理的应用实例。
2012-06-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
AMS-02 positron excess: new bounds on dark matter models and hint for primary electron spectrum hardening
由ATIC、CREAM和PAMELA收集的数据都显示出在磁刚度$\sim$ 240 GV以上显著的宇宙射线核谱硬化。一个自然的推测是，初级电子谱也会变硬（可能在$\sim 80$ GV），而这种硬化部分地解释了ATIC、HESS和费米-LAT发现的电子/正电子总谱过剩。如果是这样的话，随后的正电子-电子比的增加行为将变得平坦，并且在电子/赝电子数据的联合拟合中应考虑谱硬化，否则推断的参数将有偏差。我们的联合适合最新的AMS-02正电子分数数据与PAMELA/费米-LAT电子/正电子谱数据表明，初级电子谱硬化是需要在大多数，但不是所有的建模。对暗物质模型的边界也进行了研究。在原电子的光谱硬化的存在下，在建模中所需的暗物质起源的电子/正电子对的量较小。即使有这样的修改，湮灭通道$χχ\rightarrow μ^{+}μ^{-}$已严格限制费米-LAT银河系的漫发射数据。发现衰变通道$χ\rightarrow μ^{+}μ^{-}$是可行的。
2013-06-20 astro-ph.HE hep-ph
Very High Energy Antineutrinos from Photo-disintegration of Cosmic Ray Nuclei
宇宙线核在星光下的光致衰变导致次级反中微子的产生。我们假定银道面附近的高能宇宙线核的通量与地球附近观测到的通量相同，并计算了它们光致蜕变产生的反中微子通量。冰立方探测器测量了TeV-PeV能量范围内的中微子/反中微子通量。我们计算出的次级反中微子通量在10-100 TeV的能量范围内被发现是少得多相比，由冰立方合作检测到的通量。河外介质中辐射场强度的上限远低于银心附近。如果我们把我们的形式主义推广到河外介质，由于宇宙线的通量很低，高能宇宙线重核的光致衰变的贡献仍然是微不足道的。
2015-08-27 astro-ph.HE
Revisiting Spatial-Dependent Propagation Model with Latest Observations of Cosmic Ray Nuclei
最近AMS-02合作发表了他们对轻宇宙射线核的测量结果，包括锂，铍，硼，碳和氧。所有这些都显示出在$\sim$ 200 GV以上的显著过量，与质子和氦一致。特别是，次级宇宙射线甚至比断裂上方的初级成分更坚硬。对上述异常现象的一种可行解释是空间相关的扩散过程。该模型已成功地应用于多种观测现象，如初级宇宙线核、弥散γ射线和各向异性等。在这项工作中，我们调查的空间依赖的传播模型，根据新的观测数据。我们发现，该模型能够解释次级光谱和初级光谱的上升现象。所有的谱都能很好地再现，计算的比值也与观测值符合得很好。
2018-02-10 astro-ph.HE
Spectra of Cosmic Ray Protons and Helium Produced in Supernova Remnants
在ATIC-2（高级薄电离量热计）、CREAM（宇宙射线能量学和质量）和PAMELA（反物质探测和轻核天体物理学有效载荷）实验中获得的数据表明，膝盖以下几倍于$10^{6}$ GeV的宇宙射线的元素星际光谱不是简单的幂律，但它们在磁刚度高于约240 GV时经历硬化。另一个基本特征是质子和氦能谱之间的差异，使得He/p比在从$10^{2}$到$10^{4}$ GV的能量范围内增加超过50%。我们认为超新星遗迹（SNR）中扩散激波加速的非线性性质所导致的粒子谱硬化是观测到的谱硬化的一个可能原因。氦质子比随能量的增加可以解释为宇宙线加速的结果，在信噪比的正向和反向冲击。被反向冲击加速的粒子的贡献使得产生的整个宇宙射线谱的重叠更加明显。计算了在SNR中加速并释放到星际介质中的质子和氦核的能谱。导出的稳态星际光谱与观测结果相当吻合。
2012-12-03 astro-ph.HE
Propagation of ultrahigh energy nuclei in clusters of galaxies: resulting composition and secondary emissions
我们研究了注入星系团中的高能核的生存，以及它们的次级中微子和光子发射，使用一个完整的数值传播方法和一个现实的建模的磁，重子和光子背景。结果表明，重核的存活率与注入位置和磁场分布密切相关。考虑到中心源的寿命有限，在某些情况下还可能导致探测到宇宙射线余辉，与中微子和伽马射线发射在时间上不相关。我们计算了来自星系团的1PeV左右的扩散中微子通量可能有机会被现有的仪器探测到。对中微子和高能宇宙射线产生的伽马射线中的单个源的观测将更加困难。然而，来自较低能量宇宙射线（E < 1 PeV）的信号，如果存在的话，在合理的参数设置下，可能会被费米探测到。
2009-11-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
Testing the Origin of High-Energy Cosmic Rays
最近由ATIC-2、CREAM和PAMELA对宇宙射线（CR）质子和原子核进行的精确测量揭示：a）CR物质的光谱在每核子几百GeV以上出现了意想不到的光谱硬化，b）He的光谱比质子更硬，c）CR光谱在破缺能以下软化。这些新发现的特征可能为观察到的高能银河系CRs的起源提供线索。我们讨论了这些光谱特征的可能解释，并在不同的唯象情景中对次级CR通量和次级与初级比率、CR的各向异性和弥漫银河系γ射线发射进行了预测。我们的预测可以通过目前正在进行的或不久的将来的高能天体物理学实验来检验。
2012-05-15 astro-ph.HE
Different spectra of cosmic ray H, He and heavier nuclei escaping compact star clusters
本文研究致密星团终止激波处的宇宙射线核子加速，发现激波下游的质子能量损失与核子碎裂反应导致逃逸的He核能谱比氢更硬，解释了差异性硬化现象，并指出重核因严重碎裂难以对地球宇宙射线有可观贡献。
2024-07-24 astro-ph.HE
Cosmic ray transport and radiative processes in nuclei of starburst galaxies
星暴星系的高恒星形成率和超新星爆炸使它们成为有趣的高能辐射源。根据它们的星际介质中存在的湍流水平，星暴星系内部产生的大部分宇宙射线在逃逸之前可能会失去大部分能量，从而使这些源表现得像量热计，至少达到某个最大能量。与以前的研究相反，在这里，我们详细调查的条件下，宇宙射线约束可能是有效的电子和原子核，我们研究的宇宙射线约束的影响，从星暴核的多频发射和生产的高能中微子。一般的预测，然后专门为三个情况下，即M82，NGC 253和Arp 220的活动的恒星爆发。考虑了星暴星系内部的初级电子和次级电子，以及由伽马射线吸收产生的电子-正电子对。强子相互作用的次级产物产生的电子和正电子被认为是负责大部分的轻子源的发射。特别是，非常高的能量次级电子的同步辐射产生的硬X射线的扩展发射，代表了一个非常有趣的签名强子过程中的星暴星系，可能访问当前和未来的观测在X射线波段。仔细了解的生产和吸收的伽马射线在星爆星系的作用，这些天体物理源的高能量天体物理中微子的来源的评估是有用的。
2019-04-26 astro-ph.HE
Detection of spectral hardenings in cosmic-ray boron-to-carbon and boron-to-oxygen flux ratios with DAMPE
宇宙射线（CR）中的硼核被认为主要是由较重的核（如碳和氧）通过与星际物质碰撞而碎裂产生的。因此，硼碳流量比（B/C）和硼氧流量比（B/O）是CR传播的非常必要的探针。从以前的气球和空间实验的B/C比的能量依赖性可以很好地描述一个单一的幂律高达约1 TeV/n的不确定性。这项工作报告了直接测量的B/C和B/O的能量范围从10 GeV/n到5.6 TeV/n与6年的数据收集的暗物质粒子探测器，具有较高的统计和良好的控制系统的不确定性。B/C和B/O比的能量依赖性可以很好地拟合由一个破碎的幂律模型，而不是一个单一的幂律模型，这表明在两个通量比的光谱硬化在约100 GeV/n的存在。对于B/C和B/O，对于GEANT 4模拟，中断的重要性约为$5.6σ$和$6.9σ$，对于备选FLUKA模拟，中断的重要性约为$4.4σ$和$6.9σ$。这些结果偏离了传统的星际介质湍流理论的预测，指出了不同尺度下星际介质湍流性质的变化或新的CR传播效应，应该适当地纳入反物质粒子间接探测暗物质的研究中。
2022-11-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Deciphering the local Interstellar spectra of secondary nuclei with GALPROP/HelMod framework and a hint for primary lithium in cosmic rays
利用最新的实验结果，结合银河系和日光层中次级宇宙线（CR）传播的最新模型，导出了10 MV ~200 TV刚性范围内的CR核（锂、铍、硼和部分次级氮）的局部星际谱。锂的光谱在高能量下显得有些平坦，与其他可能意味着一次锂成分的二次物质相比。两个传播软件包，GALPROP和HelMod，结合起来，提供一个单一的框架，运行再现CR物种在不同的调制水平的直接测量，并在太阳磁场的两个极性。开发了一种迭代最大似然方法，该方法使用GALPROP预测的LIS作为HelMod的输入，HelMod提供了所选实验的特定时间段的调制光谱，用于模型数据比较。建议的LIS适应旅行者1号，HEAO-3和ACE/CRIS测量的低能星际光谱，以及PAMELA，AMS-02和早期在日光层深处进行的实验的高能观测。在这项研究中得出的星际和日光层传播参数是一致的，与我们早期的CR质子，氦，碳，氧，反质子和电子的传播结果。
2019-12-13 astro-ph.HE astro-ph.SR
Analytic calculations of the spectra of ultra high energy cosmic ray nuclei. II. The general case of background radiation
讨论了河外背景辐射中超高能核的传播问题。本文是第一篇论文的继续，在第一篇论文中，我们提出了三种新的分析方法来计算超高能宇宙线核（包括初级核、次级核和次级质子）的通量和谱。本文的计算方案是基于耦合动力学方程的解析解，它考虑了宇宙膨胀和成对产生的连续能量损失以及原子核的光致衰变。这种方法以最自然的方式包括在初级核通过河外背景辐射传播期间的光致蜕变过程中产生次级核。在第一篇文章中，为了提出所建议的分析计算方案，我们只考虑了宇宙微波背景辐射的情况，而在本文中，我们把这种计算推广到所有相关的背景辐射，包括红外和可见/紫外辐射，统称为河外背景光。解析解允许透明的物理解释所获得的光谱。河外背景光在超高能宇宙线核的中能区起着重要作用。河外背景光最显著的影响是次级核光谱中的低能尾。
2012-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the knee of Galactic cosmic rays in light of sub-TeV spectral hardenings
在宇宙射线谱中发现膝关节50多年后，它的物理起源仍然是一个谜。这部分是由于单个成分的能谱的模糊性。最近，直接测量从几个气球/卫星携带的探测器发现显着的光谱硬化的宇宙射线核在几百个GV的刚度。对宇宙射线光谱的直接和间接测量进行联合建模可能有助于理解实验系统学，可能还有助于理解膝盖的物理学。在这项工作中，我们更新的现象学“多性腺”模型的膝盖，包括光谱硬化，与变化的光谱指数$γ+ β\cdot \log E$相对于能量。我们发现，有一些直接和间接测量之间的张力。具体来说，硬光谱的CREAM建议一个相对较低的能量截止的膝盖周围的个人宇宙射线光谱，这是不一致的轻组分光谱的空气淋浴测量。此外，AS $γ$ /ARGO-YBJ/WFCTA/KASCADE的轻组分数据与全粒子谱一致。我们期望通过运行空间探测器（如CALET和DAMPE）和地面实验（如LHAASO）对TeV能量及更高能量的单个成分的宇宙射线谱进行更精确的测量，最终将解决这些差异。最后，作为一个例子，我们证明了在双晕模型下的空间相关扩散能够重现这种“修改的多性腺”模型的结果。
2018-07-03 astro-ph.HE hep-ph
Observation of a spectral hardening in cosmic ray boron spectrum with the DAMPE space mission
本文利用DAMPE八年数据测量10 GeV/n至8 TeV/n的宇宙射线硼谱，发现其在182 GeV/n处显著硬化，指数变化0.31，硬化幅度约为初级谱两倍，支持传播相关机制解释。
2024-12-18 astro-ph.HE hep-ex
Propagation in 3D spiral-arm cosmic-ray source distribution models and secondary particle production using PICARD
我们研究了银河系宇宙射线源的可能的螺旋臂分布对整个银河系各种宇宙射线核通量的影响。我们调查模型宇宙射线光谱在标称位置的太阳和银河系内的不同位置。使用最近推出的数值宇宙射线传播代码\textsc{Picard}进行建模。假设非轴对称的宇宙射线源分布产生新的见解的行为，初级与次级核。我们发现，初级宇宙射线更强烈地局限于附近的源，而次级宇宙射线的分布是更均匀的相比，初级。与轴对称源分布模型相比，这导致次级与初级比率的空间变化更强。在不同的旋臂模型中可以很好地拟合地球上的宇宙射线数据，尽管这会导致宇宙射线通量的决定性不同的空间分布。这导致了非常不同的宇宙射线各向异性，甚至可以很好地拟合数据。因此，我们主张方向，以寻求最适合的传播参数，考虑到更高的复杂性所引入的螺旋臂结构的宇宙射线分布。我们专门研究地球上的通量是否代表了银河系的一大部分。可能的螺旋臂模型之间的差异，使我们能够量化的空间变化的宇宙射线流量在银河系内存在的非轴对称源分布。
2015-04-30 astro-ph.HE
Secondary cosmic rays in the NUCLEON space experiment
NUCLEON空间观测站是一个直接宇宙射线分光计，旨在利用$Z=1-30$研究能量为$10^{12}-10^{15}$ eV的宇宙射线核。它是作为俄罗斯资源-P 2号卫星上的附加有效载荷发射的。在这项工作中，B/C，N/O和subFe/Fe比。该实验已经工作了预期时间的一半，因此数据具有初步状态，但它们已经清楚地表明了本文简要讨论的几种天体物理现象。
2018-09-25 astro-ph.HE
Multi-messenger observations support cosmic ray interactions surrounding acceleration sources
本文利用 LHAASO 伽马射线和 IceCube 中微子等多信使观测，证明宇宙线源区周围约 0.25 Myr 的约束与相互作用可同时解释次级粒子比率硬化、弥散超高能伽马射线和银河系中微子，表明源区周围存在不可忽略的 grammage。
2023-07-05 astro-ph.HE
Some new hints on cosmic-ray propagation from AMS-02 nuclei spectra
在这项工作中，我们考虑了两种方案（高刚性中断的主要来源注入和高刚性中断的扩散系数），以再现新发布的AMS-02核谱（He，C，N，O，Li，Be和B）时，刚性大于50 GV。拟合结果表明，当前数据集有利于扩散系数在$\sim 325 \mathrm{GV}$处的高刚性断裂，而不是一次源注入在$\sim 365 \mathrm{GV}$处的断裂。同时，对传播后次级粒子/组分宇宙射线（CR）通量的重新标度因子的拟合值表明，当前传播模型低估了次级粒子/组分的宇宙射线通量。这意味着我们可能处于一个慢扩散区，在这个慢扩散区中，与星系中的平均值相比，CR的扩散系数很小。拟合结果的另一个提示表明，在当前数据集中可能需要额外的次级CR核注入。在今后的研究中，这些新的提示值得重视。
2020-01-19 astro-ph.HE hep-ph
A new interpretation of the gamma-ray observations of active galactic nuclei
伽马射线望远镜已经报道了一些令人惊讶的观测结果，来自遥远的活动星系核（AGN）的多TeV光子，这些光子没有显示出由于河外背景光（EBL）或源附近光子的配对产生而产生的显着衰减。我们提出了一个新的解释，这是一致的EBL计算和活动星系核模型。活动星系核产生的能量低于50 EeV的宇宙射线可以穿越宇宙学距离，与相对靠近地球的EBL相互作用，产生伽马射线望远镜观测到的次级光子。我们计算了次级光子的光谱，发现它与γ射线数据一致。质子到达时间的延迟可以解释孤儿耀斑，缺乏时间相关性，以及从多波长观测推断的变化时间尺度的不匹配。伽马射线数据与次级光子的探测是一致的，这对伽马射线天文学、宇宙射线物理学、EBL和星系际磁场（IGMF）具有重要的影响。
2009-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Minimal Model for Understanding Secondary Cosmic Rays
本文提出一个唯象极简模型，通过分析次级宇宙射线能谱发现，GeV能段宇宙射线在源附近穿过的物质厚度随能量增加而减少，且星际介质中传播时产生大部分正电子、反质子及轻核素，为伽马射线观测和传播建模提供了重要依据。
2023-09-11 astro-ph.HE
Cosmic-ray electron injection from the ionization of nuclei
我们表明，从重离子电离中喷射出的次级电子可以被注入到超新星遗迹冲击中发生的加速过程中。这种电子注入机制的工作原理是，当离子已经以相对论速度移动时，离子在加速过程中被电离，就像射出的电子一样。利用在地球上测量到的宇宙射线中重核的丰度，我们估计源处的电子/质子比约为10^-4，这足以解释在年轻的超新星中观测到的非热同步辐射。我们还表明，电离过程可以限制重离子可以达到的最大能量。
2009-08-21 astro-ph.HE
A new understanding of nuclei spectra properties with propagation model
本研究利用空间传播模型探究AMS-02观测到的初级宇宙线核的分组特性，复现并分离核谱的初级与次级贡献，验证初级谱一致性，首次给出初级元素丰度，并展望未来实验的高能观测。
2024-03-07 astro-ph.HE hep-ph
Relative Composition and Energy Spectra of Light Nuclei in Cosmic Rays. Results from AMS-01
测量宇宙射线的化学和同位素组成对于精确了解它们在星系中的传播至关重要。虽然模型参数主要是使用B/C比来确定的，但是对扩展的比率集的研究可以对传播模型提供更强的约束。本文给出了轻核锂、铍、硼和碳的相对丰度。在动能为0.35-45 GeV/核子范围内测量了次级与初级Li/C、Be/C和B/C的比值。在2.5- 6.3GV的磁刚性区间内，还测定了7 Li/6Li的同位素比值。还报道了次级与次级的比率Li/Be、Li/B和Be/B。这些测量是根据1998年6月STS-91航天飞机飞行期间阿尔法磁谱仪AMS-01收集的数据进行的。我们的实验结果与其他测量结果基本一致。我们描述我们的轻核数据与扩散再加速模型。在模型预测中发现10-15%的Be生产过剩，这可以归因于生产横截面数据的不确定性。
2011-01-08 astro-ph.HE hep-ex
Ultrahigh-energy diffuse gamma-ray emission from cosmic-ray interactions with medium surrounding acceleration sources
在西藏-AS $γ$实验上首次测量了亚PeV能区的扩散$γ$能谱。它将为理解高能银河系宇宙射线的起源和传播提供新的思路。有人指出，传统的宇宙线传播模型的基础上的低能量测量的新数据不足，和修改的模型与新的成分或替代的传播框架是必要的。在这项工作中，我们提出，强子之间的相互作用的新加速的宇宙射线和周围的源，这是被忽略的传统模型，可以自然地解释西藏-AS $γ$漫发射。我们表明，这种情况下给出了一致的描述，如正电子光谱，硼碳比，和反质子质子比的其他二级物种。结果，10 TeV以上的电子谱将由于该次级分量而具有硬化，这可以通过未来的测量来测试。
2022-01-10 astro-ph.HE
Observations of the Abundances of Secondary Galactic Cosmic Rays from Z equals 5 to 28 Between 10 and 200 MeV/nuc Beyond the Heliopause by Voyager, Some Unexpected Anomalies and Their Interpretation Using a LBM for Galactic Propagation
旅行者号在太阳风层顶以外进行了3年多的观测，已经开始确定低能量（每nuc小于100 MeV）宇宙射线次级核的特征，这些次级核的源成分为零或可以忽略不计。作为一个例子，在约7和15 MeV/nuc之间的B丰度出乎意料地大，在测量和截面误差方面比LBM的预测大2或3。另一方面，对于其他几个较重的次级核，如F和Z等于17至19和21至23个核，在大约10-20 MeV/nuc之间的相应能量通道中，观察到零个核。同样的LBM计算将预测这三组核的总和约为6至7个事件。通过考虑在宇宙射线源附近具有0.3-1.0 g/cm 2物质的嵌套LBM，可以更接近地匹配B观测到的强度，基本上是B的源成分。然而，这种嵌套的LBM计算，如果扩展到上述秒级组的产生，将预测总共8到12个事件，从而导致与观察到的零事件的更大差异。因此，在低能量下对较重的秒的测量使得一个在源附近具有超过几个0.1 g/cm 2或更多物质的嵌套LBM可能是旅行者号所看到的大B丰度的来源非常成问题。到目前为止，最低能量下B的大量丰度最好理解为主要来自星系中10 g/cm 2的物质穿越的结果，可能与这些低能量下数据和截面的不确定性相结合。
2016-12-28 astro-ph.HE physics.space-ph
