Proposition of FSR Photon Suppression Employing a Two-Positron Decay Dark Matter Model to Explain Positron Anomaly in Cosmic Rays
针对宇宙射线正电子异常，提出双正电子衰变暗物质模型以抑制FSR伽马辐射，兼顾正电子与伽马数据约束。
2023-09-29 astro-ph.HE hep-ph
The flux suppression at the highest energies
大约半个世纪前，Greisen、Zatsepin和Kuz'min（GZK）预测，当宇宙射线从遥远的河外源传播时，由于它们与宇宙微波背景的相互作用，能量在$10^{20}$ eV左右的宇宙射线光谱会出现“具有宇宙学意义的终止”。现在证实了对高于$4\times 10^{19}$ eV的通量的抑制。我们认为，目前的数据是不足以得出结论，所观察到的功能是由于传播过程中的能量损失，否则的事实，即天体物理加速器达到其极限，或确实源属性和传播效应的组合。我们讨论了宇宙射线的组成，源的属性，和干预磁场的光谱陡峭的依赖关系，并推测额外的信息，可能是必要的，以达到明确的结论的起源通量抑制和背后的机制加速宇宙射线的最高观测能量。
2014-06-04 astro-ph.HE
Ultra-High Energy Cosmic Rays: Recent Results and Future Plans of Auger
在过去十年中，利用皮埃尔俄歇天文台的数据报告了一些重要的观测结果。我们将回顾最近的一些重要发现，这些发现极大地促进了我们对超高能宇宙射线的理解，并对5 × 10 ^{19} eV以上的通量抑制的“经典”解释提出了质疑，认为它（仅仅）是由格瑞森-扎采平-库兹明效应引起的。相反，这些数据表明看到的大多是河外宇宙射线加速器的最大能量。这有许多含义，从减少宇宙成因中微子的粒子物理学前景到减少看到超高能宇宙射线源的机会。为了解决这些新出现的紧迫的科学问题，皮埃尔俄歇天文台目前正在升级为AugerPrime。它将使成分测量进入通量抑制区，并提高粒子物理学能力。一个工程阵列已经部署，正在收集数据。全面建设将于2017年底开始。
2016-12-24 astro-ph.HE
Ultra high energy cosmic rays from super-heavy dark matter in the context of large exposure observatories
超高能宇宙射线（UHECR，$E>10^{18}$ eV）的起源至今仍不确定。然而，由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列天文台的数据，已经取得了很大的进展。UHECR通量呈现两个主要特征，被称为脚踝的光谱硬化和在较高能量下的抑制。实验数据表明，在脚踝以上的UHECRs流量占主导地位的星系外组成部分的天体物理起源。然而，少数组成部分的外来起源，占主导地位的流量超过抑制仍然是兼容的，与目前的数据。因此，存在一部分UHECR通量来源于星系晕中聚集的超重暗物质粒子衰变的可能性。在这些情况下，主要的贡献来自我们星系的晕。在这篇文章中，识别这些场景的背景下，未来非常大的曝光宇宙射线观测站的可能性进行了研究。值得一提的是，位于附近宇宙的河外晕的贡献也包括在这些研究中。
2019-09-19 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
Lorentz violation, vacuum, cosmic rays, superbradyons and Pamir data
帕米尔在非常高的能量下的数据不能完全用标准物理学解释的可能性最近导致了一种建议，即在~10E16 eV以上观察到的奇特喷流结构可能是由于有效空间横向尺寸的抑制。所考虑的新图案违反了洛伦兹对称性。我们指出，在模型与洛伦兹对称性破坏，抑制可用的横向能量的射流，同时保存纵向动量可以产生新形式的能量损失在非常高的能量，而不改变时空结构。一个说明性的例子可以是超慢子发射，其中在所有情况下，超慢子能量将远远大于其动量乘以c（光速）。更一般地说，这种现象可能是由于高能宇宙射线与新的真空和/或10 E-20 cm尺度以下的粒子结构相互作用造成的。涉及洛伦兹对称性破坏，但不superbradyons的情况也被简要考虑。
2010-09-29 astro-ph.HE hep-ph
Wind suppression by X-rays in Cygnus X-3
在风馈X射线双星中，主星的辐射驱动风可以被致密次星的X射线辐射所抑制。这导致了风和致密恒星的X射线光度之间的反馈。我们估计了供体星正面的风速如何取决于高质量X射线联星天鹅座X-3的光谱状态。我们模拟了超音速部分的风计算线力（力乘数）与卡斯特，雅培和克莱因形式主义和XSTAR物理，并通过解决质量守恒和动量平衡方程。我们计算了在风中的局部线力，同时考虑了施主星和致密星在每个谱态下的辐射场。在不同的轨道角度下，考虑到风聚集的影响，对风方程进行了求解。风引起的吸积光度估计使用邦迪-霍伊尔-利特尔顿形式主义和计算的风速在紧凑的恒星。我们发现，在假设中度风聚集和致密恒星质量较低的情况下，根据天鹅座X-3每个光谱状态的观测结果估计的光度与计算出的吸积光度之间存在相关性。对于强风聚集，这种相关性消失。我们发现，软X射线（EUV）从紧凑的恒星穿透风从施主星，减少线力，从而风速的正面。这增加了计算的吸积光度定性在一个类似的方式观察到的天鹅座X-3的光谱演化为一个中等的聚集体积填充因子和一个紧凑的恒星质量的几个（2 - 3）太阳质量。
2021-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic horizons of ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线在河外磁场中的传播可以是扩散的，这取决于磁场的强度和性质。在某些情况下，粒子的传播时间可以与宇宙的年龄相媲美，导致在地球上测量的通量受到抑制。在这项工作中，我们使用宇宙学模拟的磁场分布，以评估在能量约10 $^{18}$ eV的磁视界的存在。
2014-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Acceleration and propagation of ultrahigh energy cosmic rays
尽管在过去的50年里进行了巨大的实验努力和活跃的理论研究，但最高能量宇宙射线的起源仍然是现代天体物理学中最引人注目的谜团之一。在过去的十年中已经知道了令人兴奋的实验结果，最特别的是在预期的位置检测到一个截止的长期寻求Greisen-Zatsepin-Kuzmin抑制以及大规模各向异性的证据。本文总结和讨论了该领域的最新研究成果。
2012-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Polarization Formalism for ALP-induced X-ray Emission from Magnetars
本文针对磁星近临界磁场环境，发展了类轴子粒子（ALP）诱导 X 射线偏振的完整理论体系，利用 Stokes 参数解耦 ALP 贡献，发现 ALP 会抑制圆偏振度，并可利用 IXPE 数据限制 ALP 耦合。
2023-03-30 astro-ph.HE hep-ph
The radio signal from extensive air showers
超高能宇宙射线领域近年来取得了很大的进展，皮埃尔俄歇天文台、HiRes和望远镜阵列等大面积实验相继完成。能量高于$5.5x10^{19}$ eV的宇宙线通量的抑制被观察到具有非常高的意义，但这种截止的起源尚未确定：它可能是由于Greisen-Zatsepin-Kuzmin抑制，但它也可以反映天体物理物体中粒子加速的上限。对宇宙射线进行测量的关键特征是它们的组成。对于初级光子和中微子，上限被设定为高于$10^{18}$ eV，初级宇宙射线预计是强子。确定精确的组成（轻或重核）将有助于解决这个难题。已经证明，由超高能宇宙射线引发的大范围空气簇射发射的无线电信号反映了它们的纵向轮廓，可以帮助约束初级粒子。我们在本文中审查的发射机制作为一个功能的电场的频率。
2014-11-18 astro-ph.HE
Suppression of boosted relic neutrinos by photon backgrounds during ultra-high-energy cosmic ray propagation
Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo（圣卡洛斯物理研究所，圣保罗大学）
通过蒙特卡洛传播框架，研究宇宙射线与光子背景的相互作用如何抑制由超高能宇宙射线增强的遗迹中微子通量，并指出需要极端过密度（η≳10^8）才能产生可观测效应。
2026-08-05 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Rays from the Ankle to the Cut-Off
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。在最高能量下的主要问题是关于在E ~ 4 × 10 ^{19} eV处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将是在最高能量下基本未知的质量组成。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，如果河外磁场是在几个nG或less. We的顺序将讨论在该领域的实验和理论进展和未来十年的前景。
2014-05-03 astro-ph.HE
The lifetime of cosmic rays in the Milky Way
估算宇宙射线在银河系中停留时间的最可靠方法是研究不稳定核（如铍-10）的通量因衰变而受到的抑制，这些核具有适当的持续时间。宇宙线同位素谱仪合作组测量了能量范围E_0 \simeq 70-145 MeV/核子的铍-10和铍-9通量之间的比率，并利用这些数据估计了逃逸时间tau_{ esc} = 15.0 +- 1.6 Myr。这个被广泛引用的结果是在一个简单的漏箱模型的框架下得到的，在这个模型中，银河系中稳定粒子的逃逸时间和年龄的分布是相同的，并且具有指数形式。一般来说，逃逸时间和年龄分布不一致，它们不是唯一的（因为它们取决于注入点或观察点），并且不具有简单的指数形状。因此，有必要在一个比漏盒模型更一般、更现实的框架内讨论铍比的测量。在这项工作中，我们计算的逃逸时间和年龄分布的宇宙射线在银河系中的扩散模型的基础上，是更现实的比简单的漏盒，但仍然足够简单，有精确的解析解。使用模型的年龄分布来解释铍-10抑制的测量结果，人们得到的宇宙射线停留时间比漏盒估计的要长得多（2到4倍，取决于宇宙射线晕的扩展）。这个修正后的停留时间意味着产生银河宇宙射线所需的能量按比例减少。
2014-07-19 astro-ph.HE
Suppression of Shock X-ray Emission in Novae from Turbulent Mixing with Cool Gas
针对新星硬 X 射线光度远低于强激波预期的问题，本文提出激波后湍流使热气体与冷气体混合并快速耗能，仅需约1%激波功率即可解释观测抑制。
2025-06-10 astro-ph.HE astro-ph.SR
Mirror diffusion of cosmic rays in highly compressible turbulence near supernova remnants
最近的γ射线观测揭示了宇宙射线在星际介质中的不均匀扩散。这是预期的，因为CR的扩散取决于湍流的性质，而湍流的性质在多相ISM中可能变化很大。我们专注于镜像扩散所产生的高度可压缩的湍流分子云（MC）周围的超新星遗迹（SNRs），磁镜像效应的结果在显着抑制CR源附近的CR扩散。由于慢扩散，通过质子-质子相互作用的显著能量损失使低能CR谱变陡，而由于镜像扩散对CR能量的强烈依赖，使高能CR谱变陡。由此产生的CR的破幂律谱与从SNR/MC系统观察到的伽马射线谱很好地匹配，例如，IC 443和W 44。
2021-10-15 astro-ph.HE
Charting nearby stellar systems: The intensity of Galactic cosmic rays for a sample of solar-type stars
宇宙射线可以穿透行星大气，推动生命前分子的形成，这对生命的起源很重要。我们计算了银河系宇宙线通量的可居住区附近的五个，研究充分的太阳型恒星和在轨道上的2个已知的系外行星。我们使用一个结合了1.5维星风和1维宇宙线输运的模型来模拟银河系宇宙射线通过星风的传播。我们发现天鹅座61 A的宜居带具有与当今地球值相当的银河宇宙线通量。对于其他四个系统（$ε$ Eri，$ε$ Ind，$ξ$ Boo B和$π^1$ UMa），通量的数量级小于地球值。因此，任何尚未被发现的类地行星在其宜居带内受到的辐射剂量都不太可能高于地球。$ε\,$ Ind $\,$ b是一颗类似彗星的行星，轨道为$\sim$ 11 au，接收到的银河宇宙射线通量比地球高。我们发现，银河系宇宙射线的抑制是由扩散或平流占主导地位的影响，在GeV的能量和距离，风已经达到它的终极速度。对于平流主导的风（$\sim$年轻的系统），改变天体层的大小影响抑制显着。对于扩散主导的系统（$\sim$较老的系统），天体层的大小，因此ISM属性的知识，不是很重要。这减少了银河宇宙线通量的不确定性，在可居住区的扩散为主的系统。一个系统是平流主导还是扩散主导可以从恒星风的性质来确定。
2021-09-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 10^18 eV using the Pierre Auger Observatory
我们报告了一个测量的宇宙射线通量与前所未有的精度和统计使用皮埃尔俄歇天文台。基于至少与一个表面探测器同时进行的荧光观测，我们导出了能量高于10^18 eV的光谱。我们还更新了以前发表的能谱与表面探测器阵列。这两个光谱相结合，解决系统的不确定性，特别是能量分辨率对光谱形状的影响。该光谱可以用破幂律E^-γ来描述，踝关节以下的指数γ =3.3，在log 10（E/eV）= 18.6处测量。在踝关节以上，光谱由指数为2.6的幂律描述，随后是通量抑制，高于约log 10（E/eV）= 19.5，检测到具有高统计显著性。
2010-02-09 astro-ph.HE
The Pierre Auger Observatory: review of latest results and perspectives
皮埃尔·俄歇天文台是世界上最大的观测超高能宇宙射线的运行探测系统。该探测器可以详细测量能量范围高于$10^{17}$ eV的初级宇宙射线的能谱、质量组成和到达方向。天文台过去十年收集的数据显示，能量高于$4\times10^{19}$ eV的宇宙线通量受到抑制。然而，目前还不清楚这种抑制是由宇宙射线的传播引起的，还是由其源的能量限制引起的。另一个难题是UHECR的起源。通过研究它们到达方向的分布可以得到一些线索。最近观察到的偶极各向异性的方向，这表明银河系外起源的UHECRs。俄歇表面探测器阵列也对所有味道的超高能中微子和光子的阵雨敏感，天文台提供的最近的中微子和光子限制可以限制宇宙成因中微子生产和UHECR起源的奇异场景的模型，例如超重粒子的衰变。本文介绍了宇宙射线的能谱、质量成分和到达方向的测量结果，并对今后的工作进行了展望。
2018-11-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Magnetic diffusion effects on the Ultra-High Energy Cosmic Ray spectrum and composition
讨论了高能宇宙线在河外湍流磁场中的扩散效应。我们找到一个近似的表达式为低能量抑制的光谱的不同质量的组件（与电荷$Z$）的情况下，在这种抑制发生在能量低于$\sim Z$ EeV，使能量损失主要由绝热的。当来自最近来源的宇宙射线需要与宇宙年龄相当的时间才能到达地球时，就会出现低能抑制。这发生在能量$E< Z\, {\rm EeV}\,(B/{\rm G})\sqrt{l_c/{\rm Mpc}}(d_s/70\ {\rm Mpc})$的磁场RMS强度$B$，其相干长度$l_c$和源之间的典型间隔$d_s$。我们将其应用到其中源产生混合组合物并且具有相对低的最大刚度（$E_{max}\sim (2$- $10) Z $ EeV）的场景中，发现扩散对所得光谱、平均质量及其扩散具有显著影响，特别是减少最后一个。对于$B$和$l_c$的合理值，这些效应可以帮助再现俄歇合作组观察到的与费米加速兼容的源谱的成分趋势。
2013-05-28 astro-ph.HE hep-ph
Experimental Summary: Very High Energy Cosmic Rays and their Interactions
2012年8月在柏林举行的第十七届甚高能宇宙线相互作用国际研讨会是该研讨会历史上的第一次，会上展示了大量与宇宙线物理相关的高精度LHC数据。本报告旨在简要概述这些测量结果，并讨论它们与高能宇宙射线观测的相关性。在空气簇射观测和宇宙射线的直接测量方面也取得了巨大的进展，展示了宇宙射线能谱中更多的结构，而不仅仅是一个简单的膝盖和脚踝的幂律。在最高能量下，通量抑制可能不受GZK效应的支配，而是受附近源或源群的限制能量的支配。新项目和新技术的应用也有望在不久的将来取得进一步进展。我们将讨论该领域的实验和理论进展及其未来几年的前景。
2013-05-30 astro-ph.HE hep-ph
High-Energy Cosmic Rays and the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Effect
尽管宇宙射线在100多年前就被发现了，但其起源仍然不确定。它们的能谱从1 GeV延伸到1020 eV以上，其速率小于每世纪每平方公里1个粒子。在1965年发现宇宙微波背景后不久，有人指出，如果源均匀地分布在整个宇宙中，宇宙射线的光谱应该在4 x 1019 eV以上突然变陡。这种预测，由Greisen和Zatsepin和Kuzmin，已成为众所周知的GZK效应，在这篇文章中，我讨论了目前的位置，关于最高宇宙射线能量的能谱的实验数据，已经积累了近50年的搜索。虽然现在几乎没有疑问，在预测的能量附近存在光谱的抑制，但这决不是GZK效应的表现，因为它可能是这个能量也接近源可以加速粒子的最大值，最高能量的束包含大部分比质子重的核。简要地提到了前进的道路。
2013-10-01 astro-ph.HE
Cosmic Ray transport through gyroresonance instability in compressible turbulence
研究了由大尺度可压缩湍流引起的宇宙射线动力学回旋共振不稳定性的非线性增长。宇宙射线对湍流的这种反馈除了与可压缩湍流直接相互作用外，还引起了一种重要的散射机制。由于波粒相互作用，线性增长必然饱和。通过平衡由大尺度压缩引起的CR各向异性的增加和由波粒散射引起的CR各向异性的减少，我们找到了稳态解。波粒散射引起的非线性抑制限制了能激发不稳定性并被诱导板波散射的CR的能量范围。与大尺度可压缩模的直接相互作用似乎仍然是高能宇宙射线（> 100 GeV）各向同性的主要机制。
2011-02-11 astro-ph.HE
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
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
The Role of Plasma Instabilities in the Propagation of Gamma-Rays from Distant Blazars
近年来，对遥远耀变体的GeV波段观测已被用于限制河外背景光（EBL）和河外磁场（EGMF）。为了支持这种说法，我们必须假设耀变体伽马射线引发的电磁级联的轻子分量被足够强的EGMF偏转，从而抑制了费米窗口中的信号。除了磁场，这种级联的发展可能受到等离子体不稳定性的影响，由于与星系际介质（IGM）的电离成分的相互作用。在本文中，我们通过一个蒙特卡罗模拟，其中这两种效果分别考虑到电磁级联模型，我们从合并的费米-HESS数据集得出这些情况下的约束。在1 ES 0229+200观测的特定情况下，我们表明，这两种解释的GeV通量抑制与现有的数据是兼容的，特别是通过假设磁场的$B \gtrsim 10^{-16}\,\rm{G}$或IGM温度的$T \lesssim 5 \times 10^{4}\,\rm{K}$沿视线。未来对高红移（$z\lesssim 1$）TeV天体光谱的观测将有助于区分磁场和等离子体对IGM电磁级联的影响。
2013-11-26 astro-ph.HE
Gamma radiation from cosmic rays escaping a young supernova remnant: The case of Cas A
利用LHAASO对Cas A周围伽马射线的观测，约束粒子逃逸过程，计算逃逸宇宙射线谱，区分瞬时最大能量与积分谱抑制能量，证实该遗迹非PeVatron。
2025-09-10 astro-ph.HE
Computation of complex ion production due to cosmic rays during the Halloween sequence of GLEs on October-November 2003
近年来，太阳变化以及相应的宇宙射线变化对大气物理和化学的可能影响一直备受争议。根据最近的几个模型，由宇宙射线引起的大气电离在几个不同的过程中起着关键作用。最近，在主要的太阳质子事件期间，观测到了对极地区域上空次要成分和气溶胶的明显影响。在地面增强过程中的离子产生率是银河系和太阳起源的宇宙射线贡献的叠加。第23个太阳活动周期提供了几个强烈的地面增强。2003年10月底至11月初的这段时间的特点是强烈的宇宙射线变化，即观察到一系列的三个GLE。此外，还有几次福布什减少，这导致了银河宇宙线通量的抑制。因此，宇宙射线在大气中引起的离子产生和相应的电离效应是动态变化的主题。本文计算了2003年11月至2003年11月万圣节期间地能级增强序列中由宇宙射线产生的复杂离子，并估计了电离效应。太阳质子的光谱和角度特性被明确地认为是整个事件以及它们的时间演化。在此期间的电离效应计算在几个海拔高度以上的地区与$R_{c}$ $\le$ 1 GV和$R_{c}$ $\le$ 2 GV。
2016-12-21 astro-ph.HE physics.space-ph
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
Distributed accelerators in the jet of Centaurus A: the origin of the spectral hardening of very high energy gamma-rays
Kindai University Technical College（近畿大学技术学院）；Institute for Global Science, Mie（三重县全球科学研究所）
本文提出结合丝状喷流模型的同步辐射自Compton机制，解释室女座A的极高能伽马射线发射。通过非均匀磁场和电流丝结构，推导出电子最大洛伦兹因子超过10^8，并解释了H.E.S.S观测到的伽马射线谱变硬现象。
2026-03-22 astro-ph.HE
Exploring memory-burdened primordial black holes with ultra-high-energy cosmic-rays
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究院大萨索国家实验室）；Scuola Superiore Meridionale（南方高等学院）；INFN - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究院那不勒斯分部）
研究通过超高能宇宙射线探测高内存负担原初黑洞，分析其对暗物质的贡献，并提供新的约束条件。
2026-08-18 astro-ph.HE hep-ph
Probing QCD approach to thermal equilibrium with ultrahigh energy cosmic rays
皮埃尔·俄歇合作组织（Pierre Auger Collaboration）报告说，μ子的数量比预期的多出百分之几十，这是通过调整强子相互作用模型以适应大型强子对撞机数据而计算出来的。最近，我们提出了一个解释的μ介子过剩假设形成的退禁闭夸克物质（火球）状态的超相对论宇宙射线与空气核的中心碰撞。在其演化的第一阶段，火球包含胶子以及$u$和$d$夸克。非常高的重子化学势抑制胶子分裂成$u \bar u$和$d \bar d$，因此它们主要分裂成$s \bar s$对。在随后的强子化中，这导致了π介子和光子的强烈抑制，但允许重强子被发射出去，带走奇异性。以这种方式，强子与光子含量的极端不平衡提供了一种提高空气簇射的μ子含量的方法。在这篇文章中，我们研究了强子相互作用模型的理论系统学，该模型用于描述火球爆炸中产生的次级粒子的级联。我们研究的领导LHC调谐模型QGSJET II-04的俄歇分析中考虑的预测之一。
2018-11-19 astro-ph.HE hep-ph
Excitation of the non-resonant streaming instability around sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（大萨索科学研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究院大萨索国家实验室）
研究提出UHECRs通过自生成磁场湍流实现自限制，解释其谱特征及通量抑制。
2025-06-25 astro-ph.HE
X-ray spectroscopy in the microcalorimeter era 4: Optical depth effects on the soft X-rays studied with CLOUDY
本文从光深度效应如光电吸收和电子散射对软X射线谱线的抑制作用出发，讨论了原子过程对软X射线谱线的影响。我们还表明，在软X射线线强度的光电离环境中，通过连续泵浦增强。我们通过引入“线修正因子”（$f_{\rm mod}$）来量化抑制/增强。“如果0 $\leq$ $f_{\rm mod}$ $\leq$ 1，则线被抑制，这可能是碰撞电离和光电离系统的情况。如果$f_{\rm mod}$ $\geq$ 1，则线增强，这发生在光电离系统中。混合天体物理源也很常见，其中环境部分是光电离的，部分是碰撞电离的。这样的双星系统是V1223 Sgr，一颗中间极性双星。我们展示了我们的理论的应用，通过拟合的一阶钱德拉MEG光谱的V1223 Sgr与组合的\textsc{Cloudy}模拟添加剂冷却流和光电离模型。特别地，我们解释了最近研究中发现的光谱中O~VII，O~VIII，Ne~IX，Ne~X和Mg~XI谱线的过剩通量，这不能用吸收冷却流模型来解释。
2022-07-05 astro-ph.HE
Exploring the role of accretion shocks in galaxy clusters as sources of ultrahigh-energy cosmic rays
Instituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (ITeDA, CNEA-CONICET-UNSAM)（探测与天体粒子技术研究所）；Centro Atómico Constituyentes（孔斯蒂图延特斯原子中心）；Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA)（天体物理学与空间物理研究所）
研究银河团吸积激波作为极高能宇宙射线源的可能性，通过拟合观测数据确定模型参数，探讨其在解释宇宙射线通量中的作用。
2026-01-26 astro-ph.HE
What do we know about cosmic rays with energies above 5 EeV?
本文综述了能量高于 5 EeV 的宇宙射线研究，指出其各向异性证实河外起源，模型重现光谱特征，并强调源仍未确定但最高能各向异性接近 5σ。
2024-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Implications of gamma-ray and neutrino observations on source models of ultrahigh energy cosmic rays
高能宇宙射线（UHECR）的起源和性质仍然是未知的。然而，由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列的观测，在过去几年中取得了很大的进展。在$10^{18}$ eV以上，观察到的能谱呈现两个特征：在大约$10^{18.7}$ eV处斜率硬化，这被称为踝部，以及在大约$10^{19.6}$ eV处的抑制。从实验数据推断的组合物，解释通过使用目前的高能强子相互作用模型，似乎是轻的脚踝以下，显示出一种趋势，以较重的原子核的初级能量值的增加。目前的高能强子相互作用模型，更新使用大型强子对撞机的数据，仍然受到很大的系统不确定性，这使得很难解释的实验数据的组成。另一方面，众所周知，伽马射线和中微子是由UHECR在从其源传播期间产生的，这是它们与宇宙中存在的辐射场相互作用的结果。这些次级粒子在地球上的通量取决于UHECR的源模型，包括注入时的化学成分。因此，γ射线和中微子观测都可以用来约束UHECR的源模型，包括成分的方式是独立的高能强子相互作用模型。在这篇文章中，我将回顾最近的结果，通过使用最新的伽马射线和中微子的观测。
2019-05-21 astro-ph.HE
Non-linear diffusion of cosmic rays escaping from supernova remnants - II. Hot ionized media
本文研究了宇宙射线从完全电离的热态星际介质中逃逸和输运的问题。特别是，我们考虑到激励Alfvénic湍流CR流和机制阻尼自激湍流本身的CR逃逸及其在源附近的传播模型。我们的逃逸半径和时间的估计结果在大的值（100 pc，$2\times10^5$ yr）粒子能量$\lesssim20$ GeV和较小的值粒子的能量增加（35 pc和14 kyr在1 TeV）。这些逃逸时间和半径，当用作初始条件的CR传播外的源，导致相关的抑制扩散系数（由一个因素5-10）的时间尺度与他们的（能量依赖）逃逸时间尺度相当。阻尼机制足够快，即使在较短的时间尺度上，阿尔夫文湍流也能有效地阻尼，磁场的随机和有序分量之间的比值为$δB/B_0\ll 1$，证明了准线性理论的使用。尽管扩散系数受到抑制，在其源附近的停留时间增加（<200 pc），但由于HIM的密度较低，与在整个银河系扩散时积累的克重相比，发现CR逃逸后积累的克重可以忽略不计（在所有能量下）。
2019-03-07 astro-ph.HE
Neutron-mirror neutron oscillations for solving the puzzles of ultrahigh-energy cosmic rays
基于新近提出的中子-镜像中子振荡的镜像物质模型（$n-n'$），解释了超高能宇宙射线（UHECRs）的相关问题。特别是，在新的镜像物质模型下，假设镜像与常温的温度比为$T'/T \sim 0.3$，可以很好地理解UHECR的Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止附近的现象。计算了宇宙微波背景不透明度对GZK效应的抑制因子，与观测值符合较好。大多数超级GZK事件（即，GZK截止值以上），正如新模型所预测的那样，来自电磁望远镜看不见的镜像物质源，可以在更远的距离穿透镜像宇宙微波背景。最值得注意的是，望远镜阵列（TA）合作观察到的热点中的超GZK和亚GZK事件之间的反相关可以在这个模型中自然理解。在新理论下，还讨论了来自TA热点的超高能ECR与附近强源如IceCube探测到的高能中微子、LIGO观测到的最大的黑洞合并（GW 170729）以及最热的恒星形成超星系团Lynx Arc之间的可能相关性.
2020-06-22 astro-ph.HE hep-ph
Highlights from the Pierre Auger Observatory (ICRC17)
在这篇文章中，我们总结了皮埃尔俄歇天文台在第35届国际宇宙线会议上提出的亮点。我们讨论了更新的测量宇宙射线的能量谱在很宽的范围内（$10^{17.5}$以上$10^{20}$ eV），宇宙射线的质量组成的研究与荧光和表面探测器的天文台，发现一个大规模的各向异性的宇宙射线的到达方向以上的$8\times 10^{18}$ eV和各向异性的迹象，在中间角尺度以上$4 \times 10^{19}$ eV。此外，我们报告的强子相互作用超出LHC的能量，多信使分析与中性原色和天文台的升级，AugerPrime，旨在阐明在超高能量的观测通量抑制的起源的进展测试。
2017-10-25 astro-ph.HE
Antideuterons in cosmic rays: sources and discovery potential
反重子产生于我们银河系中的高能宇宙射线与星际介质的碰撞和古老的超新星遗迹中，也可能产生于外来源，如原始黑洞蒸发或暗物质湮灭和衰变。在反质子数据中寻找外来源的信号受到来自spectrum的大背景的阻碍，在理论误差范围内，spectrum可以单独解释当前的数据。由于反氘核产生的能量阈值较高，这转化为对来自散裂的低能通量的抑制，反氘核搜索已被提议作为外来源的探测器。在本文中，我们执行一个全面的分析，在地球上的反氘通量预计从已知的和假设的来源在我们的银河系，我们计算其最大值与当前的反质子数据AMS-02一致。我们发现，超新星遗迹产生的流量可以忽略不计，而原始黑洞蒸发和暗物质湮灭或衰变可能占主导地位的总流量在低能量。另一方面，我们发现，宇宙反氘核的检测将需要，在本文中研究的情况下，并假设乐观的合并动量和太阳调制值，增加实验灵敏度相比，正在进行的和计划中的仪器至少2倍。最后，我们对反氦-3探测的前景作了简要的评述。
2017-02-13 astro-ph.HE hep-ph
Anisotropic CR diffusion and gamma-ray production close to supernova remnants, with an application to W28
从加速点逃逸出来的宇宙射线与周围的介质相互作用，由于质子-质子的非弹性碰撞而产生伽马射线。这种漫发射的检测可以揭示宇宙射线加速器的存在，并且还约束其附近的宇宙射线扩散系数。在过去几年里，对超新星遗迹附近的分子云的伽马射线发射进行了研究，取得了这方面的初步结果，超新星遗迹是产生宇宙射线的主要候选者。已经发现了一个显着的抑制扩散系数相对于银河系中的平均值的提示。然而，大多数这些研究依赖于各向同性扩散的假设，这可能不是很合理。在这里，我们扩展这项研究的情况下，宇宙射线逃脱加速器扩散优先沿磁场线。作为第一近似，我们进一步假设粒子是强磁化的，它们垂直于磁场的输运主要是由于磁力线的漂移。在这种情况下，加速器周围逃逸的宇宙射线的空间分布是强烈的各向异性。该模型的应用程序的超新星遗迹W28的情况下，演示了如何从伽马射线观测的扩散系数的估计强烈依赖于对扩散的各向同性（或各向异性）的假设。对于更高水平的各向异性的扩散，较大的扩散系数值被发现提供一个很好的拟合数据。因此，需要详细的宇宙射线传播模型，以便正确解释伽马射线观测结果。
2012-11-07 astro-ph.HE
Non-linear diffusion of cosmic rays escaping from supernova remnants - I. The effect of neutrals
超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线（CR）的主要来源。在这个框架内，粒子在超新星遗迹激波中被加速，然后释放到星际介质中。CR的释放机制及其传播方式仍然是悬而未决的问题。主要的困难是问题的高度非线性：CR本身激发了磁湍流，将它们限制在靠近其源的地方。我们数值求解耦合微分方程描述逃逸粒子和通过CR流不稳定性产生的波在空间和时间上的演化。考虑了星际介质的暖电离相和暖中性相。这些阶段占据了盘体积的最大部分，大多数超新星爆炸，其特征是中性粒子的显着存在。这些中性粒子和离子之间的摩擦导致了非常有效的波阻尼机制。结果发现，即使在存在离子中性摩擦的情况下，流动不稳定性也会影响CR的传播。扩散系数可以被抑制超过$\sim 2$的一个因素，在几十个pc的区域周围的残留物。距离越小，抑制越大。$\approx 10$ GeV粒子的传播在逃逸后受影响的时间长达几十千年，而$\approx 1$ TeV粒子的传播受影响的时间只有几千年。这可能对超新星遗迹附近的分子云的伽马射线观测的解释产生很大影响。
2016-08-18 astro-ph.HE
Approaches to photon absorption in a Lorentz invariance violation scenario
本文在洛伦兹不变性破缺框架下研究宇宙对伽马射线的透明度，通过显式计算给出新的光子对产生截面表达式，改进LIV能标约束，并提出适用于超出有效场论情形的新近似方法，为未来超高能观测约束LIV效应奠定基础。
2024-10-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Extragalactic cosmic rays and their signatures
UHE质子在CMB中的传播特征是成对产生倾角和GZK截止。这些光谱特征的可见表现是微分光谱中的踝关节、GZK截止点和积分光谱中的E_{1/2}。在所有的实验中观察到的脚踝通常被解释为从银河到河外的宇宙射线的过渡。利用HiRes、望远镜阵列（TA）和俄歇探测器在能量（1-3）EeV下测量的质量组成，计算了银河系宇宙射线在这些能量下的各向异性，以及伸长曲线，我们强烈反对上面给出的脚踝解释。转变必须发生在较低的能量，最有可能在第二个膝盖的倾角模型预测。这个模型的另一个预测，倾角的形状，很好地证实了HiRes，TA，AGASA和雅库茨克探测器，并在能量重新校准后，由俄歇探测器。GZK临界值和E_{1/2}的预测开始与HiRes和TA数据一致。然而，直接测量的质量组成仍然是一个谜。虽然HiRes和TA探测器观察到质子占主导地位的质量组成，正如dip模型所要求的那样，俄歇探测器的数据有力地证明了核质量组成在能量高于4 EeV时稳定地变得更重，并在能量约35 EeV时达到铁。基于俄歇的方案与另一种解释一致，即能量为Ea =4 EeV的踝是从河外质子到河外核的跃迁。在较高能量下重核优势可以由质子的低能量加速E_{max} \sim 4 EeV和原子核的刚性依赖性E_{max} ^A =Z E_{max} $提供。最高能量的抑制可以解释为核破坏截止。
2013-04-20 astro-ph.HE hep-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays in light of the Lorentz Invariance Violation Effects within the Proton Sector
本研究探讨质子扇区中微小的洛伦兹不变性破缺效应如何显著提高光致π介子产生阈值，使超高能宇宙射线质子能远距离传播，从而解释超GZK截断的宇宙射线事件，并为量子引力提供检验途径。
2025-05-26 astro-ph.HE hep-ph
Suppression of AGN-Driven Turbulence by Magnetic Fields in a Magnetohydrodynamic Model of the Intracluster Medium
我们研究活动星系核反馈在星系团湍流加热中的作用。具体来说，我们分析了产生的g模式的湍流的超音速膨胀和浮力上升的活动星系核驱动的气泡。先前忽略磁场的研究表明，这一过程效率低下，只有不到1%的注入能量最终形成湍流。这种低效率主要是由于气泡在它们能够激发足够强的g模式之前被流体动力学不稳定性撕碎的事实。使用ICM和3D理想MHD模拟的平面平行模型，我们研究了大规模磁场的作用，该磁场能够覆盖在这些上升的气泡周围，使它们免受流体动力学不稳定性的影响。我们发现，虽然磁披覆似乎能够更好地保存活动星系核驱动的气泡，g模式的驱动和由此产生的湍流仍然是低效的。磁张力防止g模式过渡到非线性区域，抑制我们的模型ICM中的湍流。我们的工作突出的方式，理想的MHD是一个不充分的描述集群反馈过程中，我们讨论了未来的工作，如列入各向异性粘度作为一种手段，模拟高$β$等离子体动力学效应。这些结果表明，其他机制的加热ICM等离子体，如声波或宇宙射线可能是负责观察到的反馈在星系团的假设。
2018-03-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Anisotropy Studies with the Pierre Auger Observatory
利用皮埃尔俄歇天文台收集的数据，建立了置信度超过99%的超高能宇宙射线（UHECR）到达方向的各向异性信号。能量高于$\sim 6 \times 10^{19}$ eV的宇宙射线显示出与河外附近活动星系核（AGN）位置的相关性，在小于$\sim$ 100 Mpc和几度角距的源处最大。相关信号随能量的演变表明，偏离各向异性与光谱中观察到的通量抑制相吻合，因此与相关事件起源于河外源的假设一致，该源足够接近，以避免与宇宙微波背景发生重大相互作用（Greisen-Zatsepin-Kuz'min效应）。即使观测到的信号不能明确地识别活动星系核作为UHECR的生产场所，潜在的源必须以类似的方式分布。为了进一步理解相关信号的性质，进行了许多额外的统计测试。
2009-01-31 astro-ph.HE
Latest results from the Pierre Auger Observatory
介绍了皮埃尔俄歇天文台的最新观测结果。其中包括测量超高能宇宙射线的光谱、各向异性和成分。在$4\times 10^{18}$ ~eV处测量光谱的踝，并且观察到与GZK效应一致的高于$3\times 10^{19}$ ~eV的抑制。在能量高于$5.5\times 10^{19}$ ~eV时，发现与附近河外天体分布的相关性，包括在最近的射电大声活动星系半人马座~A方向附近的过量。对簇射最大值的深度及其波动的测量表明，初级宇宙射线的平均质量（根据强子相互作用模型的标准外推）是逐渐变化的，这一结果与主要由质子组成的光成分一致，质子的能量只有几个$\times 10^{18}$ ~eV，接近于$4\times 10^{19}$ ~eV的铁核的预期。上界的光子分数和中微子流量也得到了。
2011-01-10 astro-ph.HE hep-ph
Testing fundamental principles with high-energy cosmic rays
目前尚不清楚观测到的能量高于\simeq 4.10 E19 eV的超高能宇宙射线（UHECR）的通量抑制是否是Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止的标志，或者对应于相关源的最大能量。这两种现象都可能对标准狭义相对论的违反敏感，从而在非常高的能量下修改宇宙射线的传播或加速，并且原则上允许对洛伦兹对称性违反（LSV）参数设定界限。但是，对实验数据进行精确的唯象分析绝非易事，而且还可能存在其他效应。有效参数可以直接与普朗克尺度物理或普朗克尺度以外的物理联系起来。如果真空静止框架（VRF）存在，LSV可以在很高的能量下改变粒子的内部结构。传统的对称性在接近普朗克尺度的能量下也可能不再有效。其他可能违反基本原理和常规基本假设的行为（量子力学、夸克禁闭、能量和动量守恒、真空均匀性和“静态”性质、有效空间维度.）也可以考虑并可能在高能宇宙射线实验中进行测试。即使低于UHE（超高能量），也不能排除外来特征。我们提出了一个更新的讨论的理论和现象学的情况下，包括基于地球和空间实验的前景和一个简单的潜在的解释所观察到的UHECR组成的LSV的GZK截止将被替换为自发发射的光子或电子+电子对。在会后公布的OPERA关于μ中微子可能超光速传播的结果中，我们简要地评述了μ中微子的\simeq 2.5 × 10 E-5临界速度异常可能引起的一致性问题。
2012-02-06 astro-ph.HE hep-ph
Case for Centaurus A as the main source of ultrahigh-energy cosmic rays
该研究论证半人马座A可能是踝点以上超高能宇宙线的主要来源，通过分析源光谱、成分特性及磁场偏转等，提出C/O混合物更契合观测，并解释了各向异性与通量分布特征。
2024-11-27 astro-ph.HE
A scenario for the Galactic cosmic rays between the knee and the second-knee
我们进行了拟合测量的宇宙线光谱和簇射最大的深度之间的能量范围在$10^{15}$ ~eV和$10^{18}$ ~eV。我们认为一个银河系的组成部分，这是一个混合物的五个代表性的核物种（H，He，N，Si和Fe），我们采用刚性依赖破碎的幂律谱，我们允许一个河外的组成部分，成为强烈抑制能量降低。在$10^{15}$ ~eV的银河系成分的相对丰度被认为与在$10^{13}$ ~eV的直接测量值相当。光谱和成分的主要特征在这些场景中再现。谱膝是由H谱在$E_{\rm k}\simeq 3\times 10^{15}$ ~eV处的断裂引起的，尽管它被He的相当贡献加宽，He在大约$6\times 10^{15}$ ~eV处有一个断裂。在$E_{\rm la}\simeq 2\times 10^{16}$ ~eV处的低能踝与H和He银河系成分的强烈抑制以及较重成分的相对贡献增加有关，但在此能量处观察到的光谱硬化原来是由于河外成分的贡献增加。在$E_{\rm sk}\simeq 26 E_{\rm k}\simeq 8\times 10^{16}$ ~eV处的第二个拐点与银河系Fe成分的陡峭化有关。在能量约为$10^{17}$ ~eV时，宇宙线总通量由河外成分支配。拟合的参数取决于用于解释$X_{\rm max}$测量的强子模型以及在拟合中考虑的特定$X_{\rm max}$数据集。最大刚性截止…
2019-02-25 astro-ph.HE
AugerPrime: the Pierre Auger Observatory Upgrade
世界上最大的超高能宇宙射线暴露积累的皮埃尔俄歇天文台导致我们的理解其性质的重大进展，但许多未知的性质和分布的来源，主要成分和基础的强子相互作用防止出现一个独特的一致的图片。目前的结果所开辟的新前景要求对天文台进行升级，其主要目的是逐簇收集关于最高能量宇宙射线的基本质量的新信息。对通量抑制区域中光原色分数的评估将打开带电粒子天文学的窗口，允许进行成分选择的各向异性搜索。此外，在人造加速器未覆盖的能量下将研究多粒子产生的性质，并将寻找强子相互作用的新的或意想不到的变化。在讨论了升级皮埃尔俄歇天文台的动机之后，介绍了探测器的升级。然后，我们讨论了预期的性能和改进的物理灵敏度的升级探测器，并提出了第一次收集的数据与已经运行的工程阵列。
2019-05-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
