Revisiting Propagation Delays of Ultra-High-Energy Cosmic Rays from Long-lived Sources
本文重新研究超高能宇宙线在河外传播中的时间延迟，发现其可与AGN活动周期相当甚至更长，从而削弱源关联，并探讨其对化学组成和河外磁场约束的意义。
2025-06-15 astro-ph.HE
UHECR and GRB neutrinos: an incomplete revolution?
在最高能量边缘，超高能宇宙射线（UHECR）和PeVs中微子（UHE中微子）应该很快提供新的令人兴奋的天文学。数以百计的对抗模型的快速和某种程度上的矛盾增长显示了这些新的天文学前沿的爆炸性活力。目前对UHECR和UHE中微子源还没有结论性的了解。最早的预期伽玛暴（作为一个单一的射击火球模型）作为主要的（UHE中微子）源已被拒绝。UHECR的来源是我们超银河系平面内（几十Mpc以内）的GZK，这已经被证明是完全错误的。然而，GRB的替代模型（作为长寿命的进动喷流）和AUGER，TA，ICECUBE的新更新记录提供了部分理解和早期提示，沿着我们的银河系和最近的河外AGN Cen A的点源相关性。
2014-08-01 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
A relook at the GZK Neutrino-Photon Connection: Impact of Extra-galactic Radio Background & UHECR properties
本文重新估计了GZK光子和中微子通量，系统考察了UHECR源性质与河外射电背景不确定性的影响，并评估了现有及未来探测器的探测前景，提出利用中微子-光子关联对GZK光子通量施加间接限制。
2024-01-11 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
Constraints on UHECR sources and extragalactic magnetic fields from directional anisotropies
本文利用超高能宇宙线到达方向的偶极各向异性幅度和小尺度各向异性上限，结合 Cosmic Flows 2 密度分布及精确传播模型，约束河外磁场强度和 UHECR 源密度或事件率，并发现源密度相对物质分布几乎无偏置。
2024-04-29 astro-ph.HE
Impact of using the ultra-high-energy cosmic ray arrival energies to constrain source associations
我们提出了一个贝叶斯分层模型，使联合拟合的超高能宇宙射线（UHECR）的能量谱和到达方向的物理模型的上下文中的UHECR现象。通过这种方式，可以以物理和统计学原则的方式评估与天体物理源人群的可能关联。包括UHECR的能量数据和检测效果的重要性，通过模拟研究表明，有效的GZK地平线显着延长典型的重建不确定性。我们还验证了该模型的能力，以适应和恢复物理参数从CRPropa 3模拟。最后，该模型被用来评估的部分公开可用的数据集的231 UHECR检测皮埃尔俄歇天文台（PAO），这是与费米-LAT 2FHL目录，一组星暴星系和斯威夫特BAT硬X射线源。我们发现2FHL、星暴星系和Swift-BAT星表的关联分数分别为9.5%（+2.4，-5.9）、22.7%（+6.6，-12.4）和22.8%（+6.6，-8.0）。
2019-02-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
Importance of High pt Physics for simulating UHECR Air Showers
从俄歇和早期的实验观测证据表明，赤字的信号在表面检测器相比，预测，增加作为天顶角的函数，当事件的能量是固定的荧光测量。我们探讨了三个潜在的解释：“克罗宁效应”（增长的高横动量截面与核尺寸），需要更多的粒子在高横动量的p-p碰撞比目前预测的高能强子模型用于空气簇射模拟，和可能性，在目标空气核中的次级相互作用产生额外的软π介子不包括在模拟中。我们在这里报告Pythia和QGSJet II之间的差异，特别是对于高Pt颗粒。这些影响对预测的表面阵列信号和衰减与天顶角的可能影响也被报道。
2012-06-08 astro-ph.HE
Summing up Ultra-High-Energy Cosmic Rays from Radio Galaxies
射电星系被广泛认为是宇宙射线的来源，被称为超高能宇宙射线（UHECR）。在这里，从最近的调查的关键问题进行了总结，其中的射电星系的个人特征，以及河外磁场结构的影响，直到120 Mpc的距离已被考虑在内。结果表明，在一个非常大的体积采取的射电星系的平均贡献不能解释在地球上测量的UHECRs的观察到的功能。然而，如果我们假设观测到的大多数UHECR仅来自两个来源，则我们与皮埃尔俄歇天文台测量的UHECR的光谱，成分和到达方向分布非常一致：超亮射电星系天鹅座A，提供了一个主要的轻组成的核物种占主导地位，高达约60 EeV，和最近的射电星系半人马座A，提供了主要高于60EeV的重质组合物。在这里，我们必须假设，我们没有包括在模拟中的250 Mpc的河外磁场能够使来自天鹅座A的大约8 EeV的UHECR事件各向同性。
2018-12-22 astro-ph.HE
Global characteristics of the medium produced in ultra-high energy cosmic ray collisions
本文给出了超高能宇宙线（UHECR）粒子与各种类型碰撞产生的物质的几何参数和体参数的估计。讨论了小碰撞系统和大碰撞系统中快度、退耦时间和能量密度的多重数密度结果。基于前面提出的解析函数，得到了UHECR能量下各种粒子碰撞产生的发射区的一系列时空量的估计。空间粒子密度在冻结的派生也允许的可能性，如玻色-爱因斯坦凝聚至少与UHECR粒子的核相互作用的二次粒子生产的新功能。得到的全球和几何参数的估计表明，即使在UHECR能量的轻核碰撞中，也会产生具有足够大体积和寿命的退禁闭夸克胶子物质。这些定量结果对未来质心能区对撞机实验和改进超高能宇宙线级联发展唯象模型具有重要意义。
2020-02-22 astro-ph.HE
Anisotropies, large and small
本研究改进拓展了前人的超高能宇宙线偶极建模工作，采用精确自洽的成分演化处理，探究源与暗物质分布的偏差影响及成分各向异性成因，推导了对应源数密度上限并与均匀分布情况对比。
2023-08-21 astro-ph.HE
The large-scale anisotropy and flux (de-)magnification of ultra-high-energy cosmic rays in the Galactic magnetic field
本研究利用新银河系磁场模型计算UHECR到达方向，发现偶极分量降低源于河外通量峰值与去放大边界重合，为探测源分布和磁场提供新工具。
2024-11-05 astro-ph.HE
Non-thermal transient sources from rotating black holes
旋转的黑洞可以为最极端的非热瞬态源提供动力。它们有一个长时间的粘性时间尺度的自旋下降，并产生沿其自旋轴的非热发射，由相对论毛细管效应。我们报告的BATSE光变曲线的匹配滤波，符合粘性时标的发现，并确定UHECR能量的GZK阈值的离子污染物沿黑洞自旋轴的线性加速，符合黑洞质量和FR II活动星系核的寿命。我们解释的情况下，UHECR从BL紫胶对象由于UHECR排放最好在可观的角度远离黑洞自旋轴。黑洞自旋可能是伽玛暴与其宿主环境、活动星系核与其宿主星系统一的关键。我们的模型指出，在无线电的长时间爆发从长伽玛暴没有超新星和引力波从所有长伽玛暴。
2009-01-12 astro-ph.HE
Ultrahigh-Energy Cosmic Rays from the "En Caul" Birth of Magnetars
如果核密度物质的状态方程是这样的，两颗低质量的中子星有时可以形成一颗大质量的中子星，而不是一个黑洞，那么快速旋转的磁星可能通过白矮星的吸积诱导坍缩或中子星合并而形成。无论哪种情况，新诞生的磁星都是产生超高能宇宙射线（单个能量超过$10^{18}\,{\rm eV}$的粒子; UHECR）的吸引人的地点。短周期自旋和强磁场能够将粒子加速到适当的能量，磁星上和周围物质的组成自然可以解释最近在UHECR中重元素的推断。我们探讨这些磁星周围的少量出生碎片是否允许UHECR容易逃脱。我们还调查了磁星周围独特的环境对UHECR的影响，磁星周围的环境由相对论粒子和碎片内的磁场组成。UHECR的速率和能量与这种起源是一致的，即使产生快速旋转磁星的事件的速率仍然非常不确定。喷出物的低质量也有助于限制与这种情况相关的高能中微子背景，使其在大多数磁星参数空间上低于当前的冰立方约束。一个独特的预测是，UHECR可能会产生在旧的恒星环境没有强大的恒星形成的对比，将预期为其他UHECR的情况下，如活动星系核或长伽马射线暴。
2016-05-10 astro-ph.HE
The Imprint of Large Scale Structure on the Ultra-High-Energy Cosmic Ray Sky
超高能宇宙射线（UHECR）是来自太空的原子核，其能量远远高于任何其他粒子。它们的起源和化学成分仍然是个谜。正如我们在这里所展示的，皮埃尔俄歇天文台观测到的大角度和中等角度尺度的各向异性是理解UHECR起源的有力工具。在不指定任何特定产生机制的情况下，仅假设源分布遵循局域宇宙的物质分布，在考虑传播过程中能量损失的影响后，得到了在能量高于$8 \times 10^{18}$ eV时偶极子各向异性的大小、方向和能量依赖性的良好解释（“GZK视界”）、河外磁场中的扩散和银河系磁场（GMF）中的偏转。这是实现利用UHECR各向异性来约束UHECR成分和磁场的长期希望的重要一步。在这种情况下，观察到的偶极各向异性与纯质子组合物不相容。通过更精确地处理能量损失，应该可以进一步限制宇宙射线的组成和河外磁场的性质，自洽地改进GMF模型，并可能暴露单个UHECR源。
2021-05-17 astro-ph.HE
Impact of uncertainties on the cosmic optical and infrared backgrounds on the propagation of astroparticles
Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Bergische Universität Wuppertal（伍珀塔尔山岳大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
本文研究宇宙光学和红外背景不确定性对甚高能伽马射线及超高能宇宙射线传播的影响，发现当前背景光知识已非低红移宇宙天体粒子现象学的主要不确定性来源，为下一代测量提供稳健推断。
2026-09-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultra-High-Energy Cosmic Rays from Radio Galaxies
射电星系是宇宙射线的源，被称为超高能宇宙射线（UHECRs），在$3\,{\times}\,10^{18}\,\text{eV}$以上观测到。我们提出了一个第一，系统的方法，考虑到这些来源的个人特点，以及河外磁场结构的影响，距离为120百万秒差距。我们使用一个混合的模拟设置，基于3D模拟的UHECRs所观察到的，个别的射电星系采取了120 Mpc的距离，并在1D模拟超过一个连续的源分布贡献超过120 Mpc。此外，我们还包括了距离大约为$250\,$ Mpc的超亮射电星系天鹅座A，因为它的贡献是如此之强，以至于它必须被认为是一个单独的点源。在我们的模拟设置中的UHECR喷射的实施是基于无线电射流和标准的一阶费米加速的物理的详细考虑。我们表明，在一个非常大的体积采取的射电星系的平均贡献不能解释在地球上测量的UHECRs的观察到的功能。然而，如果我们假设观测到的大多数UHECR仅来自两个来源，则我们与皮埃尔俄歇天文台测量的UHECR的光谱，成分和到达方向分布非常一致：超亮射电星系天鹅座A，提供了一个主要是轻成分的核物种占主导地位，高达约$6\,{\times}\,10^{19}\,$电子伏特，和最近的射电星系半人马座A，提供了在$6\,{\times}\,10^{19}\,$ eV以上占主导地位的重成分。在这里，我们必须假设，我们没有包括在模拟中的250 Mpc的河外磁场能够使来自天鹅…
2018-03-08 astro-ph.HE
Multi-messenger constraints on transient accelerators of ultra-high energy cosmic rays
该研究通过联合拟合UHECR能谱与质量组成，结合大尺度宇宙结构影响，利用多信使观测约束瞬变加速器特性，指出长伽马射线暴是最具潜力的超高能宇宙射线源候选体。
2025-10-28 astro-ph.HE
Data-driven analysis for understanding ultrahigh energy cosmic ray source spectra
本文利用Pierre Auger Observatory数据对超高能宇宙线源能谱进行最大似然分析，研究源发射能谱对电荷数Z和重子数A的依赖，并评估强子模型系统不确定性的影响。
2023-08-14 astro-ph.HE
Feasibility of ultra-high-energy cosmic ray backtracking through sparse local measurements of the Galactic magnetic field
该研究利用模拟的稀疏银河系磁场（GMF）数据与超高能宇宙线（UHECR）事件，评估稀疏局地GMF测量下UHECR回溯的可行性，发现磁场强度较低时稀疏测量仍可实现满意回溯，高强度磁场下则存在精度挑战。
2025-07-28 astro-ph.HE
Revisiting ultrahigh-energy constraints on decaying super-heavy dark matter
本文利用最新超高能宇宙射线和伽马射线数据，联合成分分析改进了对衰变超重暗物质寿命的约束，发现伽马射线上限比宇宙射线严格约10倍，寿命限制提升两倍。
2023-04-28 astro-ph.HE hep-ph
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
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
Performance and science reach of POEMMA for ultrahigh-energy particles
极端多信使天体物理探测器（POEMMA）是一项潜在的NASA天体物理探测级任务，旨在从太空观测超高能宇宙射线（UHECR）和宇宙中微子。POEMMA将监测地球大气层的巨大体积，以探测由极高能的宇宙信使产生的广泛的空气簇射（EAS）：在整个天空中超过20 EeV的UHECR和超过20 PeV的宇宙中微子。我们专注于这项研究的影响POEMMA UHECR科学模拟探测器响应和任务性能的EAS从UHECR。我们表明，POEMMA将提供一个显着增加在整个天空中的最高能量观测到的UHECR的统计。POEMMA将是第一个部署在空间的UHECR荧光探测器，将提供对空气簇射纵向发展的高质量立体观测。因此，它将能够提供对UHECR的量热能量和核质量的逐事件估计。相互作用中的粒子物理学限制了对逐个事件的簇射最大值的解释。相比之下，量热能量测量对早期相互作用中不同的可能终态的敏感性明显降低。我们研究的前景，发现的起源和性质的UHECRs使用的能量谱的测量，到达方向的分布，和大气柱深度的EAS纵向发展达到最大的期望。我们还探索POEMMA的补充科学能力，通过其在极端能量的粒子相互作用的灵敏度和它的能力，以检测超高能中微子和光子产生的自上而下的模型，包括宇宙弦和超重暗物质粒子衰变在银河系的光环。
2019-10-25 astro-ph.HE hep-ph
Propagation of Ultrahigh Energy Nuclei in the Magnetic Field of our Galaxy
在这项工作中，我们提出了详细的模拟超高能（UHE）重核的传播，与E > 60 EeV，在最近的银河系磁场（GMF）模型。我们调查的GMF的规则和湍流分量的影响。我们表明，与UHE重核，有没有一对一的对应关系的宇宙射线（CR）在地球上测量的到达方向和他们的河外源的方向。源可以有几个扭曲的天空图像。我们计算图像的星系团和超星系平面在最近的GMF模型和显示的挑战，和可能性，“UHECR天文学”与重核。最后，我们提出了一个定量研究的影响的GMF（去）放大的源通量，由于磁透镜效应。我们发现，对于60 EeV的铁核，位于大约五分之一的天空中的源将使它们的通量如此强烈地缩小，以至于它们在地球上无法检测到，即使是下一代的UHECR实验。
2011-09-05 astro-ph.HE
Resolution of (Heavy) Primaries in Ultra High Energy Cosmic Rays
本研究针对超高能宇宙线质量成分推断的偏差问题，提出$X_{\rm max}$分布矩空间的距离度量，给出等距原初核列表以保障无偏结果，还利用Pierre Auger开放数据首次得出重至钚的核素对UHECR贡献的观测上限。
2024-09-10 astro-ph.HE hep-ph
A search for anisotropy in the arrival directions of ultra high energy cosmic rays recorded at the Pierre Auger Observatory
皮埃尔·俄歇天文台对宇宙射线到达方向的观测先前已经利用超高能宇宙射线（UHECR）与从Veron-Cetty Veron目录中提取的天体的相关性提供了在99% CL处各向异性的证据。在本文中，我们报告使用三个目录独立的方法来搜索各向异性。2 pt-L，2 pt+和3 pt的方法，每个给一个不同的措施，自聚集在到达方向，模拟宇宙射线数据集进行了测试，研究样本大小和磁拖尾对其结果的影响，占角和能量分辨率。如果UHECR的源遵循与本地宇宙中的普通星系相同的大尺度结构，并且如果UHECR偏转不超过几度，则模拟图的研究表明，这三种方法可以有效地响应所产生的各向异性，P值= 1.0%或更小，数据集少至100个事件。使用2004年1月1日至2010年7月31日的数据，我们检查了20，30，...，110个最高能量事件，对应的最小能量阈值约为49.3EeV。对于最高的100个能量事件，使用2 pt-L方法测得的最小P值为13.5%，使用2 pt+方法测得的最小P值为1.0%，使用3 pt方法测得的最小P值为1.1%。鉴于对数据集进行的多次（相关）扫描，这些独立于星表的方法并没有得到最高能量宇宙射线各向异性的有力证据。
2012-10-12 astro-ph.HE
Diffuse Neutrino Intensity from the Inner Jets of Active Galactic Nuclei: Impacts of External Photon Fields and the Blazar Sequence
我们研究了射电噪活动星系核（AGN）内部喷流中的高能中微子产生，考虑了外部光子场和耀变体序列的影响。我们发现，由此产生的扩散中微子强度主要由类星体托管耀变体，特别是，平谱射电类星体，PeV-EeV中微子生产由于光强子与宽线和尘埃辐射的相互作用是不可避免的，如果AGN内喷流是超高能宇宙射线（UHECR）源。它们的中微子光谱在PeV能量附近具有截止特征，因为目标光子是由于Ly $α$发射。由于尘埃环提供的红外光子，能量高于PeV的中微子光谱很难与冰立方的数据相一致，除非质子光谱指数比2.5更陡，或者质子的最大能量是$\lesssim100$ PeV。因此，简单模型难以解释IceCube数据。如果耀变体的累积中微子强度超过$\sim{10}^{-8}~{\rm GeV}~{\rm cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}~{\rm sr}^{-1}$，那么它们的局部宇宙射线能量产生率将是局部UHECR发射率的$\sim10-100$倍，但与平均伽马射线耀变体发射率相当。有趣的是，未来的探测器，如Askaryan射电阵列，即使在更保守的情况下也可以探测到$\sim0.1-1$ EeV中微子，这使我们能够间接地测试UHECR产生于内部喷流的假设。我们发现射电噪活动星系核的散射中微子强度主要由γ射线光度为$\gtrsim10^{48}~{\rm erg}~{\rm s}^{-1}$的耀变体控…
2014-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Modeling Ultra-High-Energy Cosmic Rays propagation using the input from Configuration Interaction Shell Model
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文利用配置相互作用壳模型对轻核的E1偶极响应进行预测，以改进对超高能宇宙射线传播的理论理解。
2025-12-19 astro-ph.HE nucl-th
High-energy interactions at the Pierre Auger Observatory
超高能宇宙射线（UHECR）与大气原子的相互作用可以发生在超过100 TeV的质心能量，而目前人造加速器高达13 TeV。因此，它提供了一个独特的机会，探索强子相互作用的最高能量。然而，强子相互作用性质的提取广泛的空气簇射（EAS）的特点，这是由UHECR诱导，本质上与初级宇宙线的性质。因此，为了打破强子相互作用和主要质量组成之间的简并，必须实现对簇射观测量的一致描述。过去几年，皮埃尔·俄歇天文台（Pierre Auger Observatory）进行了这种详细的研究，该天文台是世界上最大的UHECRs探测器。它结合了两种互补的技术来测量EAS特性。在这次演讲中，我们将介绍关于电磁和μ子簇射分量的簇射观测值的最新测量，以及其在主要质量组成方面的解释。它对粒子物理学的影响将被讨论，特别是质子-空气截面的测量。最后，通过对不同测量结果的联合分析，将表明没有一个后LHC高能强子相互作用模型能令人满意地描述这些数据。
2015-10-23 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Ultra-high energy cosmic rays with UFA-15 source model in Bumblebee gravity theory
该研究在Bumblebee引力中采用UFA-15源模型，计算UHECR密度增强、通量抑制与到达方向各向异性，并结合PAO和Telescope Array数据检验，表明Lorentz破缺可解释关键观测特征。
2025-08-31 astro-ph.HE
Propagation of UHE cosmic rays in the light of f(R) gravity power-law model
本文研究了在 f(R) 引力幂律模型和湍流磁场背景下超高能宇宙射线质子的扩散行为，发现该引力模型有效影响射线传播过程中的密度增强与能谱，且通量结果与 PAO 和 TA 观测数据相符。
2025-04-26 astro-ph.HE hep-th
Radio jets: properties, life and impact
近年来，我们对河外射电喷流的性质及其对宿主星系的影响的看法有所扩大。这要归功于新的或升级的射电望远镜的数据。本文简要总结了该领域的现状，并介绍了一些令人兴奋的最近的结果和惊喜，他们带来了。特别是，无线电喷流的物理特性作为其无线电功率的函数将与在理解无线电源的生命周期方面取得的进展一起讨论。射电活动星系核的演化阶段（新生、死亡、重新开始）可以从射电活动星系核的形态和射电频谱的性质来推断。新一代低频射电望远镜提供的可能性使人们有可能推导出（至少到一阶）每个阶段所花费的时间尺度。活动周期的存在确保了射电喷流对周围星际和星系间介质的经常性影响，因此，它们与活动星系核反馈的相关性。最后一部分是致力于最近的结果表明喷流对周围的银河系介质的影响。通过数值模拟对射电喷流（特别是新生喷流）对凝块介质的影响所作的预测很好地描述了观测结果。喷射驱动的冷气（HI和分子）流出的高分辨率研究提供了新的重要补充，无论是在量化的影响的流出和它们的相关性反馈，以及提供一个意想不到的观点的物理条件下的气体在这些极端条件下。
2020-01-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
