Ultrahigh energy cosmic rays from a nearby extragalactic source in the diffusive regime

被引:31
作者
Mollerach, Silvia [1 ]
Roulet, Esteban [1 ]
机构
[1] Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, Comis Nacl Energia Atom, Ctr Atom Bariloche, Av Bustillo 9500,R8402AGP, San Carlos De Bariloche, Rio Negro, Argentina
关键词
ANALYTIC CALCULATIONS; EXPANDING UNIVERSE; SPECTRUM; PROPAGATION; ANISOTROPY;
D O I
10.1103/PhysRevD.99.103010
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We study the effects that the diffusion of cosmic rays in the magnetic field of the Local Supercluster can have on the spectrum of a nearby extragalactic source at ultrahigh energies. We find that the strong enhancement of the flux below the energy at which the transition between the diffusive and quasirectilinear regimes takes place, as well as the suppression at lower energies associated with a finite source age, can help to explain the observed features of the cosmic-ray spectrum and composition. Scenarios are discussed in which a nearby extragalactic source with mixed composition and a rigidity-dependent spectrum accounts for most of the observed cosmic rays at energies above a few EeV, while the rest of the extragalactic sources lead to a diffuse flux that dominates at lower energies and down to similar to 0.1 EeV. The nearby source can also naturally account for the dipolar anisotropy measurements above 4 EeV, and these measurements can also help to constrain its evolution with redshift.
引用
收藏
页数:15
相关论文
共 51 条
[1]   Large-scale Cosmic-Ray Anisotropies above 4 EeV Measured by the Pierre Auger Observatory [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Albury, J. M. ;
Allekotte, I. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Anastasi, G. A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andrada, B. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Balaceanu, A. ;
Barbato, F. ;
Barreira Luz, R. J. ;
Baur, S. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Biteau, J. ;
Blaess, S. G. ;
Blanco, A. ;
Blazek, J. ;
Bleve, C. ;
Bohacova, M. ;
Bonifazi, C. ;
Borodai, N. ;
Botti, A. M. ;
Brack, J. ;
Bretz, T. ;
Bridgeman, A. ;
Briechle, F. L. ;
Buchholz, P. ;
Bueno, A. ;
Buitink, S. ;
Buscemi, M. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Caccianiga, L. ;
Calcagni, L. ;
Cancio, A. ;
Canfora, F. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2018, 868 (01)
[2]   An Indication of Anisotropy in Arrival Directions of Ultra-high-energy Cosmic Rays through Comparison to the Flux Pattern of Extragalactic Gamma-Ray Sources [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Anastasi, G. A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andrada, B. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Arsene, N. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Balaceanu, A. ;
Barbato, F. ;
Barreira Luz, R. J. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Biteau, J. ;
Blaess, S. G. ;
Blanco, A. ;
Blazek, J. ;
Bleve, C. ;
Bohacova, M. ;
Bonifazi, C. ;
Borodai, N. ;
Botti, A. M. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. ;
Bretz, T. ;
Bridgeman, A. ;
Briechle, F. L. ;
Bueno, A. ;
Buitink, S. ;
Buscemi, M. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Caccianiga, L. ;
Cancio, A. ;
Canfora, F. ;
Caruso, R. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2018, 853 (02)
[3]   Observation of a large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above 8 x 1018 eV [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Al Samarai, I. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Anastasi, G. A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andrada, B. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Arqueros, F. ;
Arsene, N. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Balaceanu, A. ;
Barbato, F. ;
Barreira Luz, R. J. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Biteau, J. ;
Blaess, S. G. ;
Blanco, A. ;
Blazek, J. ;
Bleve, C. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Borodai, N. ;
Botti, A. M. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. ;
Bretz, T. ;
Bridgeman, A. ;
Briechle, F. L. ;
Buchholz, P. ;
Bueno, A. ;
Buitink, S. .
SCIENCE, 2017, 357 (6357) :1266-1270
[4]   Combined fit of spectrum and composition data as measured by the Pierre Auger Observatory [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Al Samarai, I. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Anastasi, G. A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andrada, B. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Arqueros, F. ;
Arsene, N. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Balaceanu, A. ;
Barreira Luz, R. J. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Biteau, J. ;
Blaess, S. G. ;
Blanco, A. ;
Blazek, J. ;
Bleve, C. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Borodai, N. ;
Botti, A. M. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. ;
Bretz, T. ;
Bridgeman, A. ;
Briechle, F. L. ;
Buchholz, P. ;
Bueno, A. ;
Buitink, S. ;
Buscemi, M. .
JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, (04)
[5]   SEARCHES FOR ANISOTROPIES IN THE ARRIVAL DIRECTIONS OF THE HIGHEST ENERGY COSMIC RAYS DETECTED BY THE PIERRE AUGER OBSERVATORY [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Al Samarai, I. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Almela, A. ;
Castillo, J. Alvarez ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Batista, R. Alves ;
Ambrosio, M. ;
Aminaei, A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Aranda, V. M. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avenier, M. ;
Avila, G. ;
Awal, N. ;
Badescu, A. M. ;
Barber, K. B. ;
Baeuml, J. ;
Baus, C. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blaess, S. G. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2015, 804 (01)
[6]   Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. I. Measurements at energies above 1017.8 eV [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Al Samarai, I. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Batista, R. Alves ;
Ambrosio, M. ;
Aminaei, A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Aranda, V. M. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avenier, M. ;
Avila, G. ;
Awal, N. ;
Badescu, A. M. ;
Barber, K. B. ;
Baeuml, J. ;
Baus, C. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blaess, S. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. .
PHYSICAL REVIEW D, 2014, 90 (12)
[7]   Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 1018 eV using the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. .
PHYSICS LETTERS B, 2010, 685 (4-5) :239-246
[8]   CONSTRAINTS ON THE ORIGIN OF COSMIC RAYS ABOVE 1018 eV FROM LARGE-SCALE ANISOTROPY SEARCHES IN DATA OF THE PIERRE AUGER OBSERVATORY [J].
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahlers, M. ;
Ahn, E. J. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Alves Batista, R. ;
Ambrosio, M. ;
Aminaei, A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Antici'c, T. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avenier, M. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Bardenet, R. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Baeuml, J. ;
Baus, C. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2013, 762 (01)
[9]   THE COSMIC-RAY ENERGY SPECTRUM OBSERVED WITH THE SURFACE DETECTOR OF THE TELESCOPE ARRAY EXPERIMENT [J].
Abu-Zayyad, T. ;
Aida, R. ;
Allen, M. ;
Anderson, R. ;
Azuma, R. ;
Barcikowski, E. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Cady, R. ;
Cheon, B. G. ;
Chiba, J. ;
Chikawa, M. ;
Cho, E. J. ;
Cho, W. R. ;
Fujii, H. ;
Fujii, T. ;
Fukuda, T. ;
Fukushima, M. ;
Hanlon, W. ;
Hayashi, K. ;
Hayashi, Y. ;
Hayashida, N. ;
Hibino, K. ;
Hiyama, K. ;
Honda, K. ;
Iguchi, T. ;
Ikeda, D. ;
Ikuta, K. ;
Inoue, N. ;
Ishii, T. ;
Ishimori, R. ;
Ivanov, D. ;
Iwamoto, S. ;
Jui, C. C. H. ;
Kadota, K. ;
Kakimoto, F. ;
Kalashev, O. ;
Kanbe, T. ;
Kasahara, K. ;
Kawai, H. ;
Kawakami, S. ;
Kawana, S. ;
Kido, E. ;
Kim, H. B. ;
Kim, H. K. ;
Kim, J. H. ;
Kim, J. H. ;
Kitamoto, K. ;
Kitamura, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2013, 768 (01)
[10]   Diffusive propagation of ultra-high-energy cosmic rays and the propagation theorem [J].
Aloisio, R ;
Berezinsky, V .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2004, 612 (02) :900-913