Mapping the AMS-02 and CALET data onto the source spectra and residence times of Galactic cosmic rays

被引:2
作者
Cowsik, Ramanath [1 ]
Huth, Dawson [1 ]
机构
[1] Washington Univ, Phys Dept, 1 Brookings Dr, St Louis, MO 63130 USA
关键词
ENERGY-SPECTRA; PROPAGATION; NUCLEI; BORON; ANTIPROTONS; CONSTRAINTS; INTENSITIES; POSITRONS; TRANSPORT; SECONDARY;
D O I
10.1103/PhysRevD.110.023028
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The recent measurements of the spectral intensities of cosmic-ray nuclei have suggested that the ratio of boron to carbon nuclei, R ( E ) , comprises two components, R 1 ( E ) which carries all of the energy dependence and the other R A , a constant independent of energy per nucleon. This finding supports the earlier theoretical expectations and results of gamma-ray astronomy that one of these components is attributable to spallation in a cocoon like region surrounding the sources and the other in the general interstellar medium before cosmic rays leak away from the Galaxy. A new model-independent way of analyzing cosmic-ray spectra is presented here to shed light on the recent findings: Imposing the single constraint that the source function of B nuclei is minimal we use a cascade of rate equations to map point by point the observed cosmic-ray spectra of p, B, C, O, and Fe onto their source spectra and the two lifetimes of cosmic rays rG G in the Galaxy and rS S in the cocoons surrounding the sources. The model-independent results show that the appropriate choice rS(E) S ( E ) is responsible for R 1 ( E ) and the source spectra are power laws with indices of similar to - 2.7.
引用
收藏
页数:7
相关论文
共 64 条
[1]   Planck intermediate results XLII. Large-scale Galactic magnetic fields [J].
Adam, R. ;
Ade, P. A. R. ;
Alves, M. I. R. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartolo, N. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Chiang, H. C. ;
Christensen, P. R. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Rosa, A. ;
de Zotti, G. ;
Delabrouille, J. ;
Dickinson, C. ;
Diego, J. M. ;
Dolag, K. ;
Dore, O. ;
Ducout, A. ;
Dupac, X. ;
Elsner, F. ;
Ensslin, T. A. ;
Eriksen, H. K. ;
Ferriere, K. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 596
[2]   Cosmic-Ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV/n to 3.8 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station [J].
Adriani, O. ;
Akaike, Y. ;
Asano, K. ;
Asaoka, Y. ;
Berti, E. ;
Bigongiari, G. ;
Binns, W. R. ;
Bongi, M. ;
Brogi, P. ;
Bruno, A. ;
Buckley, J. H. ;
Cannady, N. ;
Castellini, G. ;
Checchia, C. ;
Cherry, M. L. ;
Collazuol, G. ;
de Nolfo, G. A. ;
Ebisawa, K. ;
Ficklin, A. W. ;
Fuke, H. ;
Gonzi, S. ;
Guzik, T. G. ;
Hams, T. ;
Hibino, K. ;
Ichimura, M. ;
Ioka, K. ;
Ishizaki, W. ;
Israe, M. H. ;
Kasahara, K. ;
Kataoka, J. ;
Kataoka, R. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawanaka, N. ;
Kawakubo, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kohri, K. ;
Krawczynski, H. S. ;
Krizmanic, J. F. ;
Maestro, P. ;
Marrocchesi, P. S. ;
Messineo, A. M. ;
Mitchell, J. W. ;
Miyake, S. ;
Moiseev, A. A. ;
Mori, M. ;
Mori, N. ;
Motz, H. M. ;
Munakata, K. ;
Nakahira, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2022, 129 (25)
[3]   Measurement of the Iron Spectrum in Cosmic Rays from 10 GeV/n to 2.0 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station [J].
Adriani, O. ;
Akaike, Y. ;
Asano, K. ;
Asaoka, Y. ;
Berti, E. ;
Bigongiari, G. ;
Binns, W. R. ;
Bongi, M. ;
Brogi, P. ;
Bruno, A. ;
Buckley, J. H. ;
Cannady, N. ;
Castellini, G. ;
Checchia, C. ;
Cherry, M. L. ;
Collazuol, G. ;
Ebisawa, K. ;
Fuke, H. ;
Gonzi, S. ;
Guzik, T. G. ;
Hams, T. ;
Hibino, K. ;
Ichimura, M. ;
Ioka, K. ;
Ishizaki, W. ;
Israel, M. H. ;
Kasahara, K. ;
Kataoka, J. ;
Kataoka, R. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawanaka, N. ;
Kawakubo, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kohri, K. ;
Krawczynski, H. S. ;
Krizmanic, J. F. ;
Link, J. ;
Maestro, P. ;
Marrocchesi, P. S. ;
Messineo, A. M. ;
Mitchell, J. W. ;
Miyake, S. ;
Moiseev, A. A. ;
Mori, M. ;
Mori, N. ;
Motz, H. M. ;
Munakata, K. ;
Nakahira, S. ;
Nishimura, J. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (24)
[4]   Direct Measurement of the Cosmic-Ray Carbon and Oxygen Spectra from 10 GeV/n to 2.2 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station [J].
Adriani, O. ;
Akaike, Y. ;
Asano, K. ;
Asaoka, Y. ;
Bagliesi, M. G. ;
Berti, E. ;
Bigongiari, G. ;
Binns, W. R. ;
Bongi, M. ;
Brogi, P. ;
Bruno, A. ;
Buckley, J. H. ;
Cannady, N. ;
Castellini, G. ;
Checchia, C. ;
Cherry, M. L. ;
Collazuol, G. ;
Ebisawa, K. ;
Fuke, H. ;
Gonzi, S. ;
Guzik, T. G. ;
Hams, T. ;
Hibino, K. ;
Ichimura, M. ;
Ioka, K. ;
Ishizaki, W. ;
Israel, M. H. ;
Kasahara, K. ;
Kataoka, J. ;
Kataoka, R. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawanaka, N. ;
Kawakubo, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kohri, K. ;
Krawczynski, H. S. ;
Krizmanic, J. F. ;
Link, J. ;
Maestro, P. ;
Marrocchesi, P. S. ;
Messineo, A. M. ;
Mitchell, J. W. ;
Miyake, S. ;
Moiseev, A. A. ;
Mori, M. ;
Mori, N. ;
Motz, H. M. ;
Munakata, K. ;
Nakahira, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (25)
[5]   Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station [J].
Adriani, O. ;
Akaike, Y. ;
Asano, K. ;
Asaoka, Y. ;
Bagliesi, M. G. ;
Berti, E. ;
Bigongiari, G. ;
Binns, W. R. ;
Bonechi, S. ;
Bongi, M. ;
Brogi, P. ;
Bruno, A. ;
Buckley, J. H. ;
Cannady, N. ;
Castellini, G. ;
Checchia, C. ;
Cherry, M. L. ;
Collazuol, G. ;
Di Felice, V ;
Ebisawa, K. ;
Fuke, H. ;
Guzik, T. G. ;
Hams, T. ;
Hasebe, N. ;
Hibino, K. ;
Ichimura, M. ;
Ioka, K. ;
Ishizaki, W. ;
Israel, M. H. ;
Kasahara, K. ;
Kataoka, J. ;
Kataoka, R. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawanaka, N. ;
Kawakubo, Y. ;
Kohri, K. ;
Krawczynski, H. S. ;
Krizmanic, J. F. ;
Lomtadze, T. ;
Maestro, P. ;
Marrocchesi, P. S. ;
Messineo, A. M. ;
Mitchell, J. W. ;
Miyake, S. ;
Moiseev, A. A. ;
Mori, K. ;
Mori, M. ;
Mori, N. ;
Motz, H. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 122 (18)
[6]   MEASUREMENT OF BORON AND CARBON FLUXES IN COSMIC RAYS WITH THE PAMELA EXPERIMENT [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carbone, R. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
Danilchenko, I. A. ;
De Donato, C. ;
De Santis, C. ;
De Simone, N. ;
Di Felice, V. ;
Formato, V. ;
Galper, A. M. ;
Karelin, A. V. ;
Koldashov, S. V. ;
Koldobskiy, S. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Leonov, A. ;
Malakhov, V. ;
Marcelli, L. ;
Martucci, M. ;
Mayorov, A. G. ;
Menn, W. ;
Merge, M. ;
Mikhailov, V. V. ;
Mocchiutti, E. ;
Monaco, A. ;
Mori, N. ;
Munini, R. ;
Osteria, G. ;
Palma, F. ;
Panico, B. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Pizzolotto, C. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. ;
Rossetto, L. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2014, 791 (02)
[7]   Properties of Heavy Secondary Fluorine Cosmic Rays: Results from the Alpha Magnetic Spectrometer [J].
Aguilar, M. ;
Cavasonza, L. Ali ;
Allen, M. S. ;
Alpat, B. ;
Ambrosi, G. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Barao, F. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basegmez-du Pree, S. ;
Battiston, R. ;
Behlmann, M. ;
Beranek, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bindi, V ;
Bollweg, K. ;
Borgia, B. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Bueno, E. F. ;
Burger, J. ;
Burger, W. J. ;
Burmeister, S. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Casaus, J. ;
Castellini, G. ;
Cervelli, F. ;
Chang, Y. H. ;
Chen, G. M. ;
Chen, G. R. ;
Chen, H. S. ;
Chen, Y. ;
Cheng, L. ;
Chou, H. Y. ;
Chouridou, S. ;
Choutko, V ;
Chung, C. H. ;
Clark, C. ;
Coignet, G. ;
Consolandi, C. ;
Contin, A. ;
Corti, C. ;
Cui, Z. ;
Dadzie, K. ;
Delgado, C. ;
Della Torre, S. ;
Demirkoz, M. B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (08)
[8]   Observation of New Properties of Secondary Cosmic Rays Lithium, Beryllium, and Boron by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Aguilar, M. ;
Cavasonza, L. Ali ;
Ambrosi, G. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Aupetit, S. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Basegmez-du Pree, S. ;
Battarbee, M. ;
Battiston, R. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bindel, K. F. ;
Bindi, V. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bonnivard, V. ;
Borgia, B. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Bueno, E. F. ;
Burger, J. ;
Burger, W. J. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Casaus, J. ;
Castellini, G. ;
Cervelli, F. ;
Chae, M. J. ;
Chang, Y. H. ;
Chen, A. I. ;
Chen, G. M. ;
Chen, H. S. ;
Cheng, L. ;
Chou, H. Y. ;
Choumilov, E. ;
Choutko, V. ;
Chung, C. H. ;
Clark, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (02)
[9]   Precision Measurement of the Boron to Carbon Flux Ratio in Cosmic Rays from 1.9 GV to 2.6 TV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Aguilar, M. ;
Cavasonza, L. Ali ;
Ambrosi, G. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Aupetit, S. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Pree, S. Basegmez-du ;
Battarbee, M. ;
Battiston, R. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bindel, K. F. ;
Bindi, V. ;
Boella, G. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bonnivard, V. ;
Borgia, B. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Bueno, E. F. ;
Burger, J. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Casaus, J. ;
Castellini, G. ;
Cervelli, F. ;
Chae, M. J. ;
Chang, Y. H. ;
Chen, A. I. ;
Chen, G. M. ;
Chen, H. S. ;
Cheng, L. ;
Chou, H. Y. ;
Choumilov, E. ;
Choutko, V. ;
Chung, C. H. ;
Clark, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 117 (23)
[10]  
Ahn HS, 2008, ASTROPART PHYS, V30, P133, DOI 10.1016/j.astropartphys.2008.07.010