Charged Cosmic Rays: a Review of Balloon and Space Borne Measurements
本文简要地评述了目前有关宇宙线带电轻子的实验数据，包括正电子分数、电子和正电子能谱以及电子+正电子的测量结果。PAMELA和AMS-02对正电子能谱的精确测量及其与电子能谱的显著差异引发了一些理论推测。为了区分不同的解释的“正电子异常”，一个主要的步骤是需要实现一个准确的直接测量的形状的包容性电子光谱超过1 TeV。介绍了已在轨道上的仪器和最近发射的CALET和DAMPE飞行任务沿这一方向正在进行的努力。一个具有挑战性的实验方案，在一个单一的幂律谱的标准范例的差异，出现了宇宙射线带电强子后，发现在200至300 GV的区域（CREAM，PAMELA，AMS-02）和观察到的锂谱中的一个可能的突破质子和他的刚性谱的不一致硬化AMS-02。另一个难题来自于明显违反谱指数的普遍性，即He和质子谱在~100 GV以上逐渐硬化，具有类似的刚性依赖性，但He谱比质子谱硬。次级与初级比和同位素通量比提供了对传播机制微妙性的洞察，并测试了星系中宇宙射线加速和传播模型的内在一致性。关于比铁重的原子核丰度的重要补充信息来自SuperTIGER等专用球载仪器或L1处的ACE等天基飞行任务，这些飞行任务首次测量了初级“宇宙射线钟”。本文件最后对今后的访问作了简要概述。
2017-04-02 astro-ph.HE
A Precision Search for WIMPs with Charged Cosmic Rays
AMS-02已经达到了探测正则热WIMP的灵敏度，因为它们被湮没成反质子。由于数据的高精度，天体物理背景的不确定性已成为间接暗物质探测的最大限制因素。在这项工作中，我们系统地量化和-在可能的情况下-减少反质子背景的不确定性。我们通过结合反质子、B/C和正电子数据来约束带电宇宙射线的传播。截面的不确定性是从广泛收集的加速器数据中确定的，并且是有史以来第一次被充分考虑在内。这使我们能够通过光谱特性来鲁棒地约束甚至次主导的暗物质信号。对于一个标准的NFW暗物质配置文件，我们能够排除热WIMP的质量高达570 GeV的湮灭成底夸克。虽然我们证实了与质量约为80 GeV的暗物质兼容的报告过量，但在我们的分析中，其局部（全球）意义仅达到2.2 sigma（1.1 sigma）。
2017-11-29 astro-ph.HE hep-ph
Time-Variability of equivalent width of 6.4 keV line from the Arches Complex: reflected X-rays or charged particles?
位于拱形星团附近的拱形云中的分子气体是中性铁K- $α$线和银河系中心X射线连续谱的发射源之一。类似于云Sgr B2，另一个众所周知的发射器的铁线在GC中，拱门云展示了时间的下降的X射线发射。这种辐射最自然的来源是来自遥远来源的X射线耀斑的初级光子的辐射，最有可能是Sgr A*。然而，最近对拱云的观测发现，6.4keV铁谱线的等效宽度发生了变化，这表明来自云的X射线辐射是两个不同来源和不同等效宽度的分量的组合，其中一个是时变的，而另一个在观测期间是稳定的。我们考虑了两种不同的情况：a）这种辐射是由两个云的反射形成的，这两个云彼此相距一定距离，当它们被两个不同的耀斑照射时; b）另一种情况假设在同一个云中由初级光子反射和由次相对论性宇宙射线产生的X射线通量的组合。我们提出的限制，在这些情况下，可以实现的模型和条件。虽然没有一个模型可以完全排除，我们发现，X射线反射模型需要较少的假设，因此是最可行的。
2018-07-02 astro-ph.HE
Proposal of the Electrically Charged Stellar Black Holes as Accelerators of Ultra High Energy Cosmic Rays
本文提出了一种新的超高能宇宙射线加速机制。它是基于接近带电恒星黑洞的中性原子的隧道电离，以及由此产生的带正电荷的原子部分被巨大的长距离电场排斥。这些粒子在$10^{18}$ eV以上的能量可以通过这种一个接一个的全电模型以简单的方式计算。当这种加速机制与超新星（SN）爆炸的星系晕的大质量失控的恒星从银盘驱逐相结合，然后所获得的各种结果被证明是兼容的，几乎所有的主要观测事实，这些UHECR。在这些事实中，该模型预测的UHECR的测量的顶部能量和它们的通量在指定的EeV的能量范围内的几乎正确的值。它还解释了这些高能粒子到达地球的近各向同性，正如俄歇天文台最近测量的那样。
2016-02-23 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
CRDB: a database of charged cosmic rays
本文介绍了一个新的联机数据库http://lpsc.in2p3.fr/crdb及其联机工具（数据选择、数据导出、绘图等）。用于带电宇宙射线测量。数据来源的实验设置（类型、飞行日期、技术）以及所有相关出版物的参考资料都包括在数据库中。该数据库依赖于MySQL 5引擎。网页和查询基于PHP、AJAX和jquery、jquery.cluetip、jquery-ui和table-sorter第三方库。在第一次发布中，我们将自己限制在Z<=30的银河系宇宙射线中，每个核子的动能高达几十TeV/n。这对应于200多个不同的子实验（即，不同的实验，或来自不同时间飞行的相同实验的数据）在尽可能多的出版物中。我们建立了一个宇宙射线数据库，并提供了对数据进行分类和可视化的工具。可以提交新的数据，为社区提供一个协作工具，以存档过去和未来的宇宙射线测量。欢迎任何进一步扩展和/或补充数据库的帮助/想法（请联系crdatabase@lpsc.in2p3.fr）。
2014-06-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Observational signatures of particle acceleration in supernova remnants
我们评估了超新星遗迹作为银河系宇宙射线源的现状。我们总结了超新星遗迹的观测，涵盖了整个电磁波谱，并描述了这些观测告诉我们的高马赫数冲击波阵面的加速过程。我们讨论了超新星遗迹中的激波被宇宙射线修正，宇宙射线谱的形状和最大能量，以及超新星遗迹中和周围的宇宙射线的总能量收支。此外，我们还讨论了超新星遗迹作为银河系宇宙射线的主要来源以及替代来源的问题。
2012-06-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fundamental Physics with Charged Particle Measurements at the Cherenkov Telescope Array
宇宙电子、正电子、质子和反质子携带着天体物理过程和基础物理学的重要信息。带电粒子提供了暗物质湮灭或衰变的特征，即宇宙中的\emph{in situ}，它与其他间接探测暗物质的信使伽马射线和中微子是互补的。我们讨论了切伦科夫望远镜阵列（CTA）的带电粒子测量的科学潜力，该仪器正在开发中，主要用于研究能量为$30\ \textrm{GeV} - 200\ \textrm{TeV}$的宇宙伽马射线。
2013-04-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Searching for signals of magnetic lensing in ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线大多数是带电粒子，因此它们在从源头到地球的路径上会被磁场偏转。由这些偏转引起的一个有趣的现象是出现一个源的多个图像，即来自同一源的具有相同能量的宇宙射线可以从不同方向到达地球。在这项工作中，我们提出了一种技术来识别二次图像，产生的银河系磁场的经常性组成部分，受益于近焦散线的通量显着放大的事实。
2011-07-04 astro-ph.HE
Solution To The Cosmic Rays Puzzle ?
该研究提出宇宙射线与伽马射线暴由恒星物质等离子体团喷流共同产生，喷流由新生致密天体回落物质驱动，电子逆康普顿散射产生GRB，磁反射产生宇宙射线。
2023-06-12 astro-ph.HE
On the overflowing of cosmic rays from galaxies and the expansion of cosmic matter
宇宙辐射的粒子，电子和原子核，主要传输正电荷。这些极高能量的粒子中有一小部分在有利的条件下从星系中溢出。带正电荷的宇宙核溢出到星系际空间，揭示了母星系中等量的负电荷。负电荷主要由静态电子存储。在足够的粒子传播之后，由于巨大的距离，位于星系中的负电荷和溢出的宇宙核的正电荷都不能被中和。从几个方面证明了星系团在适当的时间间隔后所保留的总电荷在星系团之间产生了排斥引力的排斥力。经过数十亿年的静电排斥，外围的星系团达到相对论速度，它们之间的距离也相应增加。有几个事实表明，一个世纪以来光学观测所确定的宇宙膨胀，是由从星系团溢出的带正电的宇宙核的静电排斥引起的。
2021-09-09 astro-ph.HE
Black Hole Discharge: very-high-energy gamma rays from black hole-neutron star mergers
当质量比大于$\sim 5$时（这取决于黑洞的自旋和恒星半径），黑洞与中子星在最后的坍缩阶段不会发生恒星破裂.在螺旋上升的后期，黑洞很可能是带电的，因为它穿过了中子星携带的磁场，在合并后留下了一个暂时带电的黑洞。剩余黑洞的不稳定带电状态通过与周围等离子体和光子的相互作用而迅速中和，我们通过数值求解非自旋BH背景下的1+1形式的耦合Boltzmann方程组来研究第一原理。由此产生的基本情况如下。电子和正电子在BH电场中被加速，然后通过康普顿散射将能量损失给周围的软光子;更多的电子和正电子将通过硬光子与软光子碰撞或通过强电磁场中的施温格过程产生。当带电的黑洞吸积了足够多的相反电荷并被中和时，级联就停止了。我们发现，$\sim 10\%$（这取决于软光子能量和数密度）的总电能进行到无限远的时间间隔$\sim 1$ ms的非常高的能量（$>50$ GeV，低能量探测阈值的MAGIC望远镜）的伽马射线，其光谱近似是一个幂律与光谱指数$\sim -2.3$。我们希望放电图片是真实的自旋带电BH以及。
2019-08-14 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysics of Galactic charged cosmic rays
本文综述了银河系宇宙射线带电成分的主要性质。银河系宇宙射线是在地球上探测到的能量范围从几十兆电子伏到大约10^19电子伏的粒子。在对这个主题作了简短的介绍和历史的概述之后，讨论了宇宙射线在不同能量范围内的性质。本文从理论上讨论了星系核的起源和传播。讨论了超新星遗迹加速原子核及其随后通过星系磁场的不均匀性扩散的机制，并给出了一些关于反物质通量的预测和观测的线索，这些反物质通量来自天体物理来源和星系晕中的暗物质湮灭。本文叙述了在地球上探测宇宙射线的实验技术和仪器。通过气球或卫星上的实验，直接方法在10 ^14 eV以下是可行的，而在该能量以上，由于它们的通量非常低，宇宙射线只能通过利用它们在大气中产生的粒子级联来间接研究。对银河系宇宙射线能谱中观察到的特殊特征，特别是在约4 × 10^15 eV处的所谓“膝”，进行了可能的物理解释讨论。其中一节专门讨论了大约10^18和10^19 eV之间的区域，据信该区域是银河系和河外宇宙射线之间的过渡区。最后给出了对宇宙线天体物理研究的展望。由于大量不同的实验，这一研究领域正处于一个非常繁荣的时代。该活动从理论和仪器方面都令人兴奋，其与天文学，天体物理学和粒子物理学的相互联系经历了不断的增长。
2011-10-13 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ex
Mass composition of cosmic rays determined by muon fraction with $\varepsilon_{thr.} \geq$ 1 GeV in air showers with energy greater than 5 EeV
分析了阈值为1 GeV的μ子与距离轴600 m的带电粒子的数量之比。考虑了能量大于5EeV、天顶角小于60度的空气簇射。实验数据与QGSJETII-04模型计算的各种原始核（包括伽马射线）的比较表明，能量高达$\sim$ 10 EeV的宇宙射线的质量组成主要由质子和氦核组成，有少量的重核。数据包括具有非常低的μ介子含量的空气簇射，其被假定为由初级伽马射线产生。
2020-08-03 astro-ph.HE
A tale of cosmic rays narrated in gamma rays by Fermi
由于宇宙射线是被磁场扰乱的带电粒子，因此将直接测量与其他观测相结合对于理解它们的起源和传播至关重要。当高能粒子穿过物质和电磁场时，它们会以中性相互作用产物的形式留下痕迹。其中，伽马射线追踪与星际气体非弹性碰撞的原子核的相互作用，以及经历韧致辐射和逆康普顿散射的轻子的相互作用。因此，费米大面积望远镜（LAT）收集的数据告诉我们宇宙射线从源头穿过其家乡星系的旅程。超新星遗迹作为一个值得注意的伽马射线源群体出现，而与星际物质相互作用的更古老的遗迹最终显示出加速核存在的强有力证据。然而，冲击加速器所能达到的最大能量却没有受到很好的限制。天鹅座X，一个由LAT建立的大质量恒星形成区域，作为宇宙射线源，提供了一个测试案例来研究风驱动的湍流对早期传播的影响。银河系中宇宙射线的大规模传播所产生的星际辐射以前所未有的细节被揭示出来，挑战了一些用于建模的简单假设。此外，星系的宇宙射线感生伽马射线光度与它们的大质量恒星形成率呈准线性关系，这表明对于大多数系统来说，宇宙射线中的相当大一部分能量逃逸到星系际介质中。核生产模型以及目标气体和辐射场的分布尚未得到足够精确的确定，但它们是充分利用伽马射线数据潜力的关键。然而，费米收集的数据和补充观测使我们更接近解决宇宙射线之谜。（节略）
2013-11-12 astro-ph.HE
Cosmic rays in early star-forming galaxies and their effects on the interstellar medium
具有强烈恒星形成的高红移星系是高能宇宙射线的来源。这些宇宙射线与银河系环境的重子和辐射场通过光对、光π介子和质子-质子过程相互作用，产生带电和中性π介子、中子和质子。因此，宇宙射线在传播时将能量储存在星际介质中。我们展示了如何超高能宇宙射线的能量传输和沉积是由星系的演化，特别是由银河系磁场的发展。我们展示了粒子驱动的能量沉积如何影响宿主及其周围环境的热演化。利用一个参数化的原星系模型，我们计算了当星系的磁场演化越来越限制宇宙射线时，对ISM的加热效应。
2017-08-22 astro-ph.HE
Cosmic Ray Models
我们回顾了高能宇宙线物理学的进展，重点是最近的实验结果和模型的解释。重点放在带电宇宙射线的传播，涵盖了从$\sim (20-50)$ GV，即刚度时，太阳能调制可以忽略不计的整个范围内，观察到的最高能量。我们讨论的模型，旨在解释异常的银河系宇宙射线，膝盖，和过渡从银河系到河外宇宙射线。
2019-08-29 astro-ph.HE
Polarized Balmer Line Emission from Supernova Remnant Shock Waves Efficiently Accelerating Cosmic Rays
本文研究了超新星遗迹激波的线偏振巴耳末线辐射，并考虑了由于产生非热粒子而引起的激波能量损失。极化程度取决于下游温度和上下游区域之间的速度差。一旦观察到H $α$发射的宽分量的线宽，则导出前者。然后，偏振度的观察告诉我们后者。同时，速度差的估计值独立地预测绝热下游温度，该温度是从绝热激波的Rankine-Hugoniot关系导出的。如果实际观察到的下游温度低于绝热温度，则存在丢失的热能，该热能被消耗用于粒子加速。结果表明，较大的能量损失率导致更高的极化H $α$发射。此外，我们还发现H $β$与H $α$的偏振强度比也依赖于能量损失率，而与电子温度、莱曼线俘获效应和视线等不确定量无关.
2017-09-14 astro-ph.HE
X-rays and Gamma-rays from Cataclysmic Variables: The example case of Intermediate Polar V1223 Sgr
物质吸积到中间极性白矮星（IPWD）上似乎为粒子在吸积盘内半径的强磁化湍流区加速到高能量提供了有吸引力的条件。我们考虑了电子和强子在该区域可能的加速，并研究了它们的高能辐射过程。结果表明，加速电子主要在同步辐射过程中释放能量，产生非热X射线辐射。另一方面，加速强子对流到WD表面，并与致密物质相互作用。结果，出现了中性π介子衰变产生的高能$γ$ -射线和带电π介子衰变产生的次级轻子。我们表明，GeV-TeV的$γ$ -射线可以逃脱附近的WD。次级轻子在硬X射线和软$γ$射线中产生同步辐射。作为一个例子，我们预测的X射线和$γ$ -射线发射从IPWD V1223 Sgr。根据注入粒子的光谱指数，这种高能发射可能被${\it Fermi}$ -LAT望远镜和/或未来的切伦科夫望远镜阵列（CTA）天文台探测到。
2010-10-01 astro-ph.HE
Efficient charged particle propagation methods
在天体物理学中，对最高能量宇宙射线来源的寻找仍在继续。为了取得进一步的进展，不仅需要更好的观测站，还需要更逼真的数值模拟。我们比较不同的方法数值试验模拟的UHECRs在IGMF，并表明，所有的方法提供正确的统计传播特性的粒子在他们的扩散行为的手段。通过收敛性测试，我们表明，所需的要求不同的方法，并最终揭示所需的模拟时间的显着差异。
2022-04-19 astro-ph.HE
Clumpiness enhancement of charged cosmic rays from dark matter annihilation with Sommerfeld effect
本文详细研究了由于暗物质分布的不均匀性而导致的暗物质湮灭为反质子和电子/正电子的助推因子，并考虑了索末菲效应.人们认为索末菲效应如果存在的话，在亚结构中会更显著，因为它们比宿主晕更冷，并且可能导致更大的助推因子。我们给出了一个完整的计算的基础上最近的N体模拟的助推因子。三个典型的情况下，索末菲效应，非共振，中度共振和强共振的情况下被认为是。我们发现，对于非共振和中等共振情况，由于索末菲效应的饱和行为，索末菲效应引起的子结构增强效应非常小（$\sim \mathcal{O}(1)$）。对于强谐振情况，提升因子通常小于$\sim \mathcal{O}(10)$。然而，在一些非常极端的情况下，采用DM分布来给出最大的湮灭，增强因子可以达到$\sim 1000$。文中还讨论了子结构分布的不同实现方式对增强因子的影响。
2009-11-16 astro-ph.HE hep-ph
Radiolysis of ammonia-containing ices by energetic, heavy and highly charged ions inside dense astrophysical environments
在致密的分子云和原恒星盘的深处，星际冰受到恒星高能紫外光子的保护。然而，X射线和高能宇宙射线可以穿透这些区域，引发化学反应、分子解离和蒸发过程。我们对重离子、高电荷和高能离子（46 MeV Ni ^[13 +]）与含氨冰的相互作用进行了实验研究，试图模拟在致密天体物理环境中重离子宇宙射线引起的物理化学。测量是在与法国卡昂的重离子加速器GANIL（Grand Accelerateur National d 'Ions Lourds）相连的高真空室中进行的。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）在不同的能量密度下进行\textit{In-situ}分析。水、氨和一氧化碳由于重宇宙线离子类似物的离解截面的平均值分别为~ 2 × 10 ^{-13}、1.4 × 10 ^{-13}和1.9 × 10 ^{-13} cm $^2$。在典型的重宇宙射线场存在的情况下，所研究物质的半衰期估计为2-3x10^6年。由重宇宙射线引起的冰压缩（冰塌缩）似乎比由（0.8 MeV）质子引起的冰压缩（冰塌缩）至少高3个数量级。在照射的H2O：NH3：CO冰的情况下，在室温下的红外光谱揭示了五个频带，被暂时分配到振动模式的两性离子甘氨酸（+NH3 CH 2COO-）。
2009-10-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Solar Gamma Rays Powered by Secluded Dark Matter
在隐蔽的暗物质模型中，WIMP首先湮灭成亚稳态介质，可以以伽马射线和带电粒子通量的形式呈现新的间接探测特征，这些粒子来自与太阳系内大型天体物理体（如太阳和较大的行星）中心相关的方向。这自然会发生，如果调解人的平均自由程是在超过太阳（或行星）半径。我们表明，现有的限制水切伦科夫探测器已经提供了一种新的探测这些模型的参数空间，与其他来源的互补，具有显着的范围为未来的改进，从高角分辨率伽马射线望远镜，如费米-LAT。介质衰变产生的带电粒子通量也能够对高能电子和正电子的光谱做出重要的太阳系成分，这种可能性可以用PAMELA和费米的方向和时间信息来测试。
2009-10-08 astro-ph.HE hep-ph
Mass composition of cosmic rays with energy above 10**17 eV according to surface detectors of the Yakutsk EAS array
本文讨论了雅库茨克EAS阵列表面闪烁探测器测量的能量在$10^{17}$ eV以上的大范围空气簇射中带电粒子的横向分布。分析涵盖了1977年至2013年期间获得的数据。实验值进行了比较与使用CORSIKA代码在不同的强子相互作用模型的框架内获得的理论预测。对于QGSJet 01和QGSJet-II-04模型，观察到理论与实验之间的最佳一致性。在$(1-20) \times 10^{17}$ eV的能量范围内观察到宇宙射线质量组成向质子方向的变化。
2014-11-19 astro-ph.HE
Ultra-High Energy Cosmic Rays
超高能宇宙射线（UHECR）的能量大于E > 1017 eV，其起源至今仍不清楚。对它们来源的发现将揭示宇宙中最具活力的天体物理加速器的引擎。这是2013年CERN拉丁美洲高能物理学院专门针对UHECR的一系列讲座的书面版本。我们介绍了带电粒子的加速机制，以最高能量的天体，他们的传播从源到地球，和他们的检测的实验技术。本文还讨论了望远镜阵列和皮埃尔俄歇天文台的一些有关观测结果。这些实验处理的粒子相互作用的能量比地球上的加速器所达到的能量高几个数量级。
2016-04-26 astro-ph.HE
The impact of astrophysical dust grains on the confinement of cosmic rays
我们认为，带电尘埃颗粒可以显着影响银河系宇宙射线的约束和运输。对于亚GeV到~ 1000 GeV的宇宙射线，小尺度平行阿尔文波通过回旋共振相互作用使宇宙射线各向同性，也与带电粒子发生回旋共振。如果尘埃几乎是静止的，就像在大部分星际介质中一样，阿尔文波会被尘埃阻尼。这将降低由宇宙射线通过流动不稳定性产生的阿尔文波的振幅，从而增强宇宙射线的传输。在电离度高的区域，尘埃的阻尼率比其他机制的阻尼率大10倍左右，这些机制在与~GeV宇宙射线相关的尺度上阻尼平行阿尔芬波，这表明尘埃可能在调节宇宙射线传输方面发挥关键作用。在天体物理学中，尘埃以超阿尔文速度穿过气体，阿尔文波变得不稳定，这可能直接散射宇宙射线。这种相互作用有可能产生一种强烈的反馈机制，在这种机制中，尘埃在辐射压力的作用下穿过气体，然后强烈地增强了宇宙射线的约束，增加了它们驱动外流的能力。这种机制可能作用于恒星形成星系和活动星系核周围的环星系介质。
2021-01-13 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Neutrino Constrains to the Diffuse Gamma-Ray Emission from Accretion Shocks
气体在大尺度结构形成过程中的积聚被认为会引起能够加速宇宙射线的冲击。这一过程导致了各向同性的河外伽马射线辐射，从而构成了费米-LAT观测到的河外伽马射线背景。不幸的是，这种发射一直难以约束，因此对任何提取潜在暗物质信号的尝试都呈现出不确定的前景。最近，冰立方探测到高能各向同性中微子流，可能来自河外。一般来说，中微子可以与伽马射线联系起来，因为宇宙射线相互作用产生中性和带电的π介子，其中中性π介子衰变为伽马射线，而带电π介子衰变为中微子。通过假设各向同性高能冰立方中微子完全由宇宙射线在结构形成过程中的吸积激波中加速产生，我们得到了对大尺度结构形成（强）激波γ射线发射的最强约束，发现它们最多能使河外γ射线本底的~20%，对应于谱指数为2的中微子通量，或对于光谱指数2.46约为10%。由于宇宙射线在吸积激波中被加速的典型物体是星系团，因此观测到的高能中微子通量可以用来确定主要星系团类型的γ射线发射和限制加速效率，从而探测大尺度结构形成的过程。
2015-06-29 astro-ph.HE
The knee in the cosmic ray energy spectrum from the simultaneous EAS charged particles and muon density spectra
本文利用蒙特卡罗模拟研究了在考虑初级成分可能或可能不改变能谱拐点的情况下，从实验观测到的总带电粒子谱和宇宙线大范围空气簇射的μ子谱中是否出现一致的宇宙射线初级能谱。结果发现，EAS-TOP观测一致推断膝盖的主要能量谱提供的主要是纯不变的铁，而没有一致的主要频谱出现从同时使用的KASCADE观察到的总带电粒子和μ子谱。然而，也发现当初级成分在拐点处变化时，总带电粒子谱的谱指数的估计是相当棘手的，取决于在尺寸谱中选择拐点附近的点。
2015-11-18 astro-ph.HE
Central accumulation of magnetic flux in massive Seyfert galaxies as a possible engine to trigger ultrahigh energy cosmic rays
在本文中，我们研究了从Seyferts产生的高能宇宙射线（UHECR）。我们讨论了两种可能的发动机触发模型：纯辐射转移和极向磁通量的能量提取获得的UHECR光度。第一种情况是由克尔细长盘或邦迪吸积机制。由于假设塞弗特的宽带光谱表明至少它们的吸积盘的外部是冷的和几何薄的，并且由于我们的结果指出随之而来的辐射能量传递是低效的，我们建立了第二种方法，其基础是具有足够中心极向磁场的大质量塞弗茨，以触发磁驱动带电粒子的外流，从而能够解释观测到的UHECR和伽马在地球实验中，来自给定的塞弗特源的射线。
2018-03-06 astro-ph.HE
Dark Matter and Indirect Detection in Cosmic Rays
在早期，宇宙射线通过发现新粒子对粒子物理学做出了重要贡献。历史会重演吗？与带电π介子的发现一样，最近发现的类希格斯玻色子可能预示着一组丰富的新粒子在当前和不久的将来的实验范围内。通过对暗物质的间接探测，可以用宇宙射线来发现和研究这些物质。
2012-11-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Rays and Terrestrial Life: A Brief Review
“对宇宙射线对生物体可能产生的影响的调查也将引起极大的兴趣。“-维克多·F.赫斯，诺贝尔奖演讲，1936年12月12日高能辐射爆发在我们的宇宙中是司空见惯的。从附近的太阳耀斑到遥远的伽马射线暴，各种物理过程将带电粒子加速到各种能量，随后到达地球。这些粒子有助于地球系统中发生的一些物理过程。带电粒子的大部分能量沉积在大气层中，电离大气层，导致其化学变化，影响全球电路。剩余的次级粒子对表面和部分次表面区域的宇宙射线的背景剂量有贡献。在过去的30亿年里，生命在这种背景辐射的存在下进化，而在此期间，这种背景辐射本身也发生了很大的变化。正如米勒-尤里实验所证明的那样，闪电在复杂有机分子的形成中起着非常重要的作用，这些分子是形成生命的更复杂结构的基石。越来越多的证据表明，闪电率随着带电粒子通量的增加而增加。宇宙射线速率的增强与生命的起源有联系吗？宇宙射线次级辐射也会破坏DNA并导致突变，导致癌症和其他疾病。现在可以计算次级粒子，特别是μ子和中子的辐射剂量。宇宙射线通量的变化是否影响了地球上生命的进化？我们描述了宇宙射线影响地球生命的机制，并回顾了高能天体物理辐射的变化对地球生命史的潜在影响。
2014-03-05 astro-ph.HE physics.ao-ph q-bio.PE
Transport of high-energy charged particles through spatially-intermittent turbulent magnetic fields
确定最高能量宇宙射线的来源需要了解它们是如何被随机的、空间上间歇性的星系间磁场偏转的。在这里，我们报告的测量充满活力的带电粒子通过激光产生的磁化等离子体与这些属性的传播。我们通过实验表征了颗粒的扩散传输。结果表明，输运是扩散的，并且对于最高能量宇宙射线的感兴趣的区域，扩散系数不受磁场的空间不稳定性的影响。
2020-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Acceleration and Particle Field Interactions of Cosmic Rays I: Formalism
超高能宇宙射线的加速除了众所周知的激波和随机费米机制外，还通过与不同天体（如磁性物质团块）中电磁场的各种相互作用而发生。显然，后者在数量上不取决于粒子的电荷。基于该模型，推导出平行于磁场$\mathbf{B}$且在力$\mathbf{F}$的影响下的带电粒子的动力学的相当大的部分被假定为由非磁力$\mathbf{F}_{\parallel}$引起的加速度和沿$\mathbf{B}$方向的回转运动加上沿$\mathbf{F}_{\perp}$方向的漂移组成。介绍了该模型及其形式。提出了漂移运动和加速力的各种例子。形式主义是在一个非相对论的版本。显然，翻译成相对论的版本是标准的。在即将进行的一项工作中，将对带电宇宙射线在各种天体中获得的能量进行定量估计。
2010-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A template method for measuring the iron spectrum in cosmic rays with Cherenkov telescopes
了解宇宙射线的来源、加速机制和传播是天体粒子物理学研究的一个活跃领域。测量地球上宇宙射线的光谱和元素组成可以帮助解决这个问题。IACTs虽然主要用于$γ$射线天文学和对暗物质的间接搜索，但在这方面可以做出重要贡献。特别是，他们能够通过利用大气层中带电粒子发出的切伦科夫直接光，将宇宙射线中的重核与质子和较轻的核区分开来。本文提出了一种由初级粒子发射的切伦科夫光及其引起的空气簇射来重建初级宇宙线粒子相关性质的方法。
2015-08-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Understanding the spectral hardenings and radial distribution of Galactic cosmic rays and Fermi diffuse gamma-rays with spatially-dependent propagation
最近的直接测量银河宇宙射线光谱的气球/星载探测器显示光谱硬化的所有主要核素在几百个GV的刚性。费米大面积望远镜测量的全天弥漫伽马射线发射也显示了宇宙射线强度和光谱指数的空间变化。这些新的观测挑战了传统的简单加速和/或银河系宇宙射线的传播方案。在这项工作中，我们提出了一个空间依赖的扩散方案来解释所有这些现象。假设扩散系数与源分布反相关，这是带电粒子在湍流磁场中输运的自然预期。空间相关扩散模型也给出了较低水平的宇宙射线的各向异性，这与地下μ子和空气簇射实验的观测结果一致。该模型能较好地再现整个银河系中宇宙射线的光谱变化。
2018-02-26 astro-ph.HE hep-ph
The Milky Way shines in high-energy neutrinos
针对银河系高能宇宙线加速器百年未被发现的问题，IceCube中微子天文台于2023年发现来自银河系的高能中微子，为研究银河系内宇宙线的产生与相互作用提供了全新关键证据。
2023-12-13 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Concept and Analysis of a Satellite for Space-based Radio Detection of Ultra-high Energy Cosmic Rays
我们提出了一个超高能宇宙射线（UHECR）的在轨无线电探测的概念，它有可能提供每年约100个事件的收集率超过10 ^20 eV的能量。天气宽带轨道无线电探测器（SWORD）任务在这些能量下的高事件统计数据与星载天线阵列的指向能力相结合，可以使带电粒子天文学成为可能。探测器的概念是基于ANITA的成功探测UHECR，其中由扩展的空气簇射产生的地球同步辐射无线电信号被地球表面反射并在飞行中被探测到。
2013-02-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Ultra High Energy Cosmic Rays: Anisotropies and Spectrum
皮埃尔·俄歇天文台最近关于超高能宇宙射线事件和附近几个离散源之间可能存在关联的结果可能是带电粒子天文学新时代的起点。在本文中，我们引入一个简单的模型来确定任何本地分布的源的预期通量的影响。我们考虑两个人口的来源：遥远的源均匀分布和本地点源。我们研究的预期流量的本地分布的源的影响，也指的是一套天体物理对象的相关性与俄歇事件的实验声称。
2011-06-04 astro-ph.HE hep-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays & Super-heavy Dark Matter
我们重新分析了未来的超高能宇宙线实验与超重暗物质现象学的前景。我们确定了一组观测值很好地适合于揭示可能的各向异性的高能量宇宙射线通量引起的这些粒子的衰变，并量化其性能通过蒙特卡罗模拟，模仿不久的将来和下一代实验的结果。根据暗物质的分布，球形和圆形偶极子能够分辨出各向同性和各向异性的通量，置信度高达$4σ$或$5σ$。对于约40 °的相对大的开度角，前向与后向通量比产生可比较的结果，但是一旦考虑非常大数量的事件，则其性能较差。我们还发现，在一个实际的实验中，使用这些观测量并收集60~EeV的300~EeV的事件，将有一个$50\%$机会，在至少$3σ$的显著性上排除超重暗物质的各向同性
2016-11-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Identification of low energy neutral and charged cosmic ray events in large wide field observatories
本文提出基于簇射前锋模式识别的触发策略，显著抑制低能宇宙射线背景，同时保持低至数十GeV伽马射线的高效探测与角精度，使宽视场天文台能在秒级响应多信使网络。
2025-04-03 astro-ph.HE hep-ex
Future Extensive Air Shower arrays: from Gamma-Ray Astronomy to Cosmic Rays
尽管在建造新的探测器和分析技术方面取得了很大的进展，但关于银河宇宙射线的起源、加速和传播的关键问题仍然没有解决。一些新的EAS阵列正在开发中。它们之间最雄心勃勃和敏感的项目是LHAASO，这是一个新一代的多组分实验，将安装在中国的极高海拔（四川稻城，海拔4400米）。该实验将面临开放的问题，通过光子和带电粒子诱导的广泛的空气簇射在宽能量范围10 $^{11}$ - 10 $^{18}$ eV的综合研究。本文将总结该实验的现状，提出科学计划，并与领先的新项目进行比较，讨论前景。
2015-03-18 astro-ph.HE hep-ex
Cosmic Rays in Intermittent Magnetic Fields
宇宙射线在湍流磁场中的传播是一个由随机磁场涨落引起的带电粒子散射驱动的扩散过程。这种磁场通常是高度间歇性的，由强烈的磁丝和磁带组成，周围环绕着较弱的非结构化波动。对宇宙射线传播的研究在很大程度上忽略了非线性，而是依赖于高斯随机磁场。使用测试粒子模拟，我们调查宇宙射线在间歇性，发电机产生的磁场扩散。结果进行了比较，从非间歇性磁场具有相同的功率谱。磁不透性的存在显著增强了宇宙射线在广泛粒子能量范围内的扩散。我们证明，结果可以解释相关的随机游走。
2017-03-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Indirect Detection of Dark Matter in the Galaxy
我提出了一个简短的概述，间接搜索暗物质使用伽马射线，X射线，带电宇宙射线，微波，无线电波，中微子的最新发展。我简要概述了过去、现在和未来的关键实验及其搜索策略。在几次搜索中发现了令人兴奋的异常现象，它们可能是正在出现的暗物质信号。我将讨论这些异常信号，以及一些未来的前景，以确定它们的起源。
2020-05-31 astro-ph.HE hep-ph
Early-time velocity autocorrelation for charged particles diffusion and drift in static magnetic turbulence
利用测试粒子模拟方法，研究了在三维各向同性湍流功率谱中，在与时间无关的空间起伏磁场中，带电粒子散射的两点速度关联函数随时间的变化规律.这种关联函数使我们能够计算平行于和垂直于平均磁场的扩散的空间系数。我们的模拟证实了垂直扩散系数对湍流能量密度和粒子能量的依赖性，以前预测的早期带电粒子传输模型。使用计算的扩散系数，我们利用粒子速度自相关调查的时间尺度上的粒子"去相关"的解决方案的未扰动的运动方程。解相关的时间尺度进行评估的平行和垂直的运动，包括漂移的粒子从本地磁场线。强和弱磁湍流的制度进行了比较的粒子回旋半径的相关长度的比值的各种值的磁湍流。我们的模拟参数可以应用于行星际空间中的高能粒子、超新星激波处的宇宙射线以及星系际介质中的宇宙射线输运。
2012-06-27 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dispersion and focusing of cosmic rays in magnetospheres
要模拟宇宙射线粒子对行星大气的照射，除其他外，需要能够理解和量化带电粒子与行星磁场的相互作用。在这里，我们提出了一个过程，这是经常被忽视的研究;分散和磁层中的宇宙射线轨迹的聚焦。计算是使用我们的新代码CosmicTransmutation进行的，该代码是为研究流星体和行星大气中宇宙成因核素的产生而开发的，其中包括计算大气层顶部的辐照光谱。在这里，我们讨论的影响所造成的分散和集中的宇宙射线粒子轨迹。
2021-04-27 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.space-ph
Binary coalescences as sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays
本文提出黑洞在强磁场中可使视界附近带电粒子碰撞达到超高能并逃逸，论证双星并合可能成为UHECRs高效来源，并可结合GW观测约束NS/BH参数。
2024-01-29 astro-ph.HE gr-qc
LikeDM: likelihood calculator of dark matter detection
随着用间接和直接方法寻找暗物质（DM）粒子的巨大进展，我们开发了一种数值工具，该工具能够快速计算给定许多观测数据的指定DM粒子模型的可能性，例如来自星载实验的带电宇宙射线（例如，PAMELA，AMS-02），费米太空望远镜的伽马射线，以及地下直接探测实验。这个工具- LikeDM，暗物质探测的似然计算器-的目的是弥合DM的粒子模型和观测数据之间的差距。在这两个中间步骤，包括天体物理背景，带电粒子的传播，费米伽玛射线数据的分析，以及DM速度分布和核形状因子，已处理的代码。我们发布的第一个版本（v1.0）集中在从DM的间接检测带电宇宙和伽马射线的约束。直接检测将在下一版本中实现。本手册描述了代码的框架、用法和相关物理特性。代码LikeDM可以从https://likedm.hepforge.org/下载
2017-01-05 astro-ph.HE hep-ph physics.comp-ph
The energy spectrum of cosmic rays at the highest energies
为这次研讨会设立的几个工作组之一负责审查与UHECR能谱有关的结果和方法。我们总结了我们的讨论结果，其中包括更好地理解小组的分析选择和他们的动机。我们发现，由较大的实验确定的能量谱是一致的归一化和形状后，能量标度因子的应用。这些比例因子在能量尺度的系统不确定性，我们讨论了未来的工作，旨在减少这些系统。
2013-06-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Signatures of Dark Matter in Cosmic-Ray Observations
我提供了一个简短的回顾与伽马射线，带电宇宙射线和中微子的间接暗物质搜索的现状。对于每一种情况，我将集中在文献中报道的各种过度，这些过度被解释为暗物质的可能暗示，我将用它们作为例子来讨论理论方面和分析方法。
2019-11-14 astro-ph.HE hep-ph
Cosmological Implications of Trace-Charged Dark Matter
微量电荷不平衡可以解释令人困惑的宇宙学观测结果，例如宇宙射线中大量“丢失”的电子及其与电荷中性太阳风的对比，维持类星体、类星体、星系喷流和活动星系核的极端能源，“暗物质”星系晕的起源和性质，以及宇宙膨胀的明显加速。当在$\ce{H2}$的冷扩散云中存在$\sim \num{9e-19}$量的过量$\ce{H3+}$或$\ce{H-}$时，这些少数不平衡电荷之间的残余排斥库仑力与许多核子之间的引力吸引力相当。因此，带微量电荷的暗物质对静电引力的自吸引是惰性的，但对电磁场和不带电物质的引力吸引有反应。微量电荷也是离子催化剂，使暗物质保持在看不见的冷分子氢云和微量$\ce{H3+}$的状态。一旦温度足够高，亮物质会优先排出净电荷，使其接近电荷中性。当恒星周围的行星沐浴在电荷中性的恒星风中时，它们会变成电荷中性的。相比之下，在带微量电荷的活动星系核、黑洞和黑洞周围，新电离的质子和相当一部分夹带的暗物质在极区喷流中被库仑驱逐到相对论速度。正如观察到的那样，这些粒子产生的太阳系外宇宙射线将是强烈的质子主导的。最初的微量电荷不平衡可能起源于大爆炸开始时，由富含电子的壳层分离到宇宙的外围膨胀物质。
2016-12-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
Alignment of air showers produced by ultra-high energy cosmic rays at the Pierre Auger Observatory
我们表明，能量加权角（天顶，方位角）分布的广泛的空气簇射（EAS），产生的超高能（UHE）宇宙射线在皮埃尔俄歇天文台（PAO），有一个推力轴几乎横向于行星际磁场（IMF），推力值$Tp \geq 0.64$（其中1.0意味着一个完美的对齐和0.5各向同性）。这种行为强烈表明IMF对带电簇射粒子的影响，产生额外的横向散射。我们讨论了地磁风暴期间（30\%的观测时间），IMF成为优势，加强对齐时，地球的磁场的减弱。
2023-01-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
WIMPless dark matter and the excess gamma rays from the Galactic center
本文讨论了来自银河系中心的过剩γ射线、WMAP haze以及CoGeNT和DAMA在无WIMP模型中的结果。同时，我们也研究了轻子反常磁矩和轻子味违反衰变对低能的约束。结果发现，标量或矢量WIMP无暗物质，无论是WMAP烟雾，也没有CoGeNT和DAMA观测可以同时解释与多余的伽马射线从银河系中心。至于费米子无WIMP的暗物质，它只能勉强容纳CoGeNT和DAMA的结果与多余的伽马射线从银河系中心与矢量连接场。另一方面，只有标量连接子场才能解释轻子反常磁矩约束下的WMAP haze。此外，如果所有的带电轻子只有一个连接子场，那么当分支比太大时，可能会发生一些轻子味违反衰变，严重违反实验界限。
2011-04-05 astro-ph.HE hep-ph
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
The 'Forgotten' Neutrons: Implications for the Propagation of High-Energy Cosmic Rays in Magnetized Astrophysical and Cosmological Structures
RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（理化学研究所前沿研究本部）；The University of Osaka（大阪大学）；University College London（伦敦大学学院）；The University of Tokyo（东京大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
研究探讨高能宇宙射线在磁化结构中传播时，中子介导的传播机制如何影响宇宙射线的限制与逃逸，揭示了中子在宇宙大尺度结构中的重要作用。
2026-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Axions and Cosmic Rays
本文研究了带电粒子在空间常数但时间依赖的赝标背景中的传播。物理上，这种赝标量背景可以由残余轴子密度提供。背景导致洛伦兹不变性的显式破坏;因此，诸如$p\to p γ$或$e\to e γ$的过程在某些运动学约束内是可能的。这一现象描述的QED拉格朗日扩展与陈-西蒙斯项，其中包含一个4-向量，其特征在于打破洛伦兹不变性诱导的时间依赖性的背景。虽然感应的辐射（类似于切伦科夫效应）太小，不足以以显著的方式影响宇宙射线的传播，但假设通过这种机制探测到高能宇宙射线辐射的光子，将提供一种间接的方式来验证轴子的宇宙学相关性。我们讨论了影响的数量级。
2010-10-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
