Local interstellar spectra and solar modulation of cosmic ray electrons and positrons

被引：9

作者：

Zhu, Cheng-Rui ^{[1
,2
]}

Yuan, Qiang ^{[1
,3
,4
]}

Wei, Da-Ming ^{[1
,3
]}

机构：

[1] Chinese Acad Sci, Purple Mt Observ, Key Lab Dark Matter & Space Astron, Nanjing 210033, Peoples R China

[2] Univ Chinese Acad Sci, Beijing 100049, Peoples R China

[3] Univ Sci & Technol China, Sch Astron & Space Sci, Hefei 230026, Anhui, Peoples R China

[4] Peking Univ, Enter High Energy Phys, Beijing 100871, Peoples R China

来源：

ASTROPARTICLE PHYSICS | 2021年 / 124卷

基金：

中国国家自然科学基金;

关键词：

Acceleration of particles; Cosmic rays; Solar modulation; TRANSPORT; DRIFT;

D O I：

10.1016/j.astropartphys.2020.102495

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Low energy cosmic rays are modulated by the solar activity when they propagation in the heliosphere, leading to ambiguities in understanding their acceleration at sources and propagation in the Milky Way. By means of the precise measurements of the e(-), e(+), e(-) + e(+), and e(+)/(e(-) + e(+)) spectra by AMS-02 near the Earth, as well as the very low energy measurements of the e(-) + e(+) fluxes by Voyager-1 far away from the Sun, we derive the local interstellar spectra (LIS) of e(-) and e(+) components individually. Our method is based on a non-parametric description of the LIS of e(-) and e(+) and a force-field solar modulation model. We then obtain the evolution of the solar modulation parameters based on the derived LIS and the monthly fluxes of cosmic ray e(-) and e(+) measured by AMS-02. To better fit the monthly data, additional renormalization factors for e(-) and e(+) have been multiplied to the modulated fluxes. We find that the inferred solar modulation parameters of positrons are in good agreement with that of cosmic ray nuclei, and the time evolutions of the solar modulation parameters of electrons and positrons differ after the reversal of the heliosphere magnetic field polarity, which shows clearly the charge-sign dependent modulation effect. (C) 2020 Published by Elsevier B.V.

引用

页数：10

共 53 条

[1] Cosmic-ray electron-positron spectrum from 7 GeV to 2 TeV with the Fermi Large Area Telescope [J].

Abdollahi, S. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

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Bastieri, D. ;

Bellazzini, R. ;

Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

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Bregeon, J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Castro, D. ;

Cavazzuti, E. ;

Cecchi, C. ;

Chekhtman, A. ;

Ciprini, S. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Costanza, F. ;

Cuoco, A. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Lalla, N. ;

Di Mauro, M. ;

Di Venere, L. ;

Drell, P. S. ;

Drlica-Wagner, A. ;

Favuzzi, C. ;

Focke, W. B. ;

Funk, S. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. ;

Gasparrini, D. ;

Giglietto, N. ;

Giordano, F. ;

Giroletti, M. ;

Green, D. ;

Guillemot, L. ;

Guiriec, S. ;

Harding, A. K. ;

Jogler, T. ;

Johannesson, G. .

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[2] High Statistics Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-500 GeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

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Aisa, D. ;

Alpat, B. ;

Alvino, A. ;

Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Arruda, L. ;

Attig, N. ;

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Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Battarbee, M. ;

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Bazo, J. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

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Bonnivard, V. ;

Borgia, B. ;

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Bourquin, M. ;

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Cadoux, F. ;

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Castellini, G. ;

Cernuda, I. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)

[3] Extended Measurement of the Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from 11 GeV to 4.8 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station [J].

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Bagliesi, M. G. ;

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Bigongiari, G. ;

Binns, W. R. ;

Bonechi, S. ;

Bongi, M. ;

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Buckley, J. H. ;

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Castellini, G. ;

Checchia, C. ;

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Collazuol, G. ;

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Ebisawa, K. ;

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Hareyama, M. ;

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Ichimura, M. ;

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Krawczynski, H. S. ;

Krizmanic, J. F. ;

Lomtadze, T. ;

Maestro, P. ;

Marrocchesi, P. S. ;

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[4] Time Dependence of the Electron and Positron Components of the Cosmic Radiation Measured by the PAMELA Experiment between July 2006 and December 2015 [J].

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Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

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Carlson, P. ;

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Mori, N. ;

Munini, R. ;

Osteria, G. ;

Panico, B. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

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Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

Stozhkov, Y. I. ;

Vacchi, A. ;

Vannuccini, E. ;

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[5] Cosmic-Ray Positron Energy Spectrum Measured by PAMELA [J].

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Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Bianco, A. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

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Formato, V. ;

Galper, A. M. ;

Karelin, A. V. ;

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Kvashnin, A. N. ;

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Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (08)

[6] TIME DEPENDENCE OF THE PROTON FLUX MEASURED BY PAMELA DURING THE 2006 JULY-2009 DECEMBER SOLAR MINIMUM [J].

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Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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De Santis, C. ;

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Formato, V. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Koldobskiy, S. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

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Marcelli, L. ;

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Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

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Pizzolotto, C. ;

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Ricciarini, S. B. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2013, 765 (02)

[7] Cosmic-Ray Electron Flux Measured by the PAMELA Experiment between 1 and 625 GeV [J].

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Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

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Ricciarini, S. B. ;

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[8] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

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Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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De Simone, N. ;

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Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

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Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

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NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609

[9] Towards Understanding the Origin of Cosmic-Ray Electrons [J].

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Ambrosi, G. ;

Arruda, L. ;

Attig, N. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

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Battiston, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindi, V ;

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Bollweg, K. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

Burger, J. ;

Burger, W. J. ;

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Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

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Chen, H. S. ;

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Cheng, L. ;

Chou, H. Y. ;

Choutko, V ;

Chung, C. H. ;

Clark, C. ;

Coignet, G. ;

Consolandi, C. ;

Contin, A. ;

Corti, C. ;

Crispoltoni, M. ;

Cui, Z. .

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[10] Towards Understanding the Origin of Cosmic-Ray Positrons [J].

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Barrau, A. ;

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Behlmann, M. ;

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Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

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Bollweg, K. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

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Coignet, G. ;

Consolandi, C. ;

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Picozza, P. ;

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Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

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Stozhkov, Y. I. ;

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Cafagna, F. ;

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Casolino, M. ;

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