Cosmogenic gamma rays and the composition of cosmic rays

被引：42
作者：
Ahlers, Markus [1 ]
Salvado, Jordi [2 ,3 ]
机构：
[1] SUNY Stony Brook, CN Yang Inst Theoret Phys, Stony Brook, NY 11794 USA
[2] Univ Barcelona, Dept Estructura & Constituents Mat, E-08028 Barcelona, Spain
[3] Univ Barcelona, Inst Ciencies Cosmos, E-08028 Barcelona, Spain
来源：
PHYSICAL REVIEW D | 2011年 / 84卷 / 08期
关键词：
EXTRAGALACTIC MAGNETIC-FIELDS; ACTIVE GALACTIC NUCLEI; BACKGROUND-RADIATION; ENERGY; PHOTODISINTEGRATION; NEUTRINOS;
D O I：
10.1103/PhysRevD.84.085019
中图分类号：
P1 [天文学];
学科分类号：
0704 ;
摘要：
We discuss the prospects of detecting the sources of ultrahigh energy (UHE) cosmic ray (CR) nuclei via their emission of cosmogenic gamma rays in the GeV to TeV energy range. These gamma rays result from electromagnetic cascades initiated by high energy photons, electrons, and positrons that are emitted by CRs during their propagation in the cosmic radiation background and are independent of the simultaneous emission of gamma rays in the vicinity of the source. The corresponding production power by UHE CR nuclei (with mass number A and charge Z) is dominated by pion photo production (proportional to Lambda) and Bethe-Heitler pair production (proportional to Z(2)). We show that the cosmogenic gamma-ray signal from a single steady UHE CR source is typically more robust with respect to variations of the source composition and injection spectrum than the accompanying signal of cosmogenic neutrinos. We study the diffuse emission from the sum of extragalactic CR sources as well as the point-source emission of the closest sources.
引用
收藏
页数：13
相关论文
共 72 条
  • [1] Constraints on the extremely-high energy cosmic neutrino flux with the IceCube 2008-2009 data
    Abbasi, R.
    Abdou, Y.
    Abu-Zayyad, T.
    Adams, J.
    Aguilar, J. A.
    Ahlers, M.
    Andeen, K.
    Auffenberg, J.
    Bai, X.
    Baker, M.
    Barwick, S. W.
    Bay, R.
    Alba, J. L. Bazo
    Beattie, K.
    Beatty, J. J.
    Bechet, S.
    Becker, J. K.
    Becker, K. -H.
    Benabderrahmane, M. L.
    BenZvi, S.
    Berdermann, J.
    Berghaus, P.
    Berley, D.
    Bernardini, E.
    Bertrand, D.
    Besson, D. Z.
    Bindig, D.
    Bissok, M.
    Blaufuss, E.
    Blumenthal, J.
    Boersma, D. J.
    Bohm, C.
    Bose, D.
    Boeser, S.
    Botner, O.
    Braun, J.
    Brown, A. M.
    Buitink, S.
    Carson, M.
    Chirkin, D.
    Christy, B.
    Clem, J.
    Clevermann, F.
    Cohen, S.
    Colnard, C.
    Cowen, D. F.
    D'Agostino, M. V.
    Danninger, M.
    Daughhetee, J.
    Davis, J. C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW D, 2011, 83 (09):
  • [2] First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression
    Abbasi, R. U.
    Abu-Zayyad, T.
    Allen, M.
    Amman, J. F.
    Archbold, G.
    Belov, K.
    Belz, J. W.
    Ben Zvi, S. Y.
    Bergman, D. R.
    Blake, S. A.
    Brusova, O. A.
    Burt, G. W.
    Cannon, C.
    Cao, Z.
    Connolly, B. C.
    Deng, W.
    Fedorova, Y.
    Finley, C. B.
    Gray, R. C.
    Hanlon, W. F.
    Hoffman, C. M.
    Holzscheiter, M. H.
    Hughes, G.
    Huentemeyer, P.
    Jones, B. F.
    Jui, C. C. H.
    Kim, K.
    Kirn, M. A.
    Loh, E. C.
    Maestas, M. M.
    Manago, N.
    Marek, L. J.
    Martens, K.
    Matthews, J. A. J.
    Matthews, J. N.
    Moore, S. A.
    O'Neill, A.
    Painter, C. A.
    Perera, L.
    Reil, K.
    Riehle, R.
    Roberts, M.
    Rodriguez, D.
    Sasaki, N.
    Schnetzer, S. R.
    Scott, L. M.
    Sinnis, G.
    Smith, J. D.
    Sokolsky, P.
    Song, C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
  • [3] Indications of Proton-Dominated Cosmic-Ray Composition above 1.6 EeV
    Abbasi, R. U.
    Abu-Zayyad, T.
    Al-Seady, M.
    Allen, M.
    Amman, J. F.
    Anderson, R. J.
    Archbold, G.
    Belov, K.
    Belz, J. W.
    Bergman, D. R.
    Blake, S. A.
    Brusova, O. A.
    Burt, G. W.
    Cannon, C.
    Cao, Z.
    Deng, W.
    Fedorova, Y.
    Finley, C. B.
    Gray, R. C.
    Hanlon, W. F.
    Hoffman, C. M.
    Holzscheiter, M. H.
    Hughes, G.
    Huentemeyer, P.
    Jones, B. F.
    Jui, C. C. H.
    Kim, K.
    Kirn, M. A.
    Loh, E. C.
    Liu, J.
    Lundquist, J. P.
    Maestas, M. M.
    Manago, N.
    Marek, L. J.
    Martens, K.
    Matthews, J. A. J.
    Matthews, J. N.
    Moore, S. A.
    O'Neill, A.
    Painter, C. A.
    Perera, L.
    Reil, K.
    Riehle, R.
    Roberts, M.
    Rodriguez, D.
    Sasaki, N.
    Schnetzer, S. R.
    Scott, L. M.
    Sinnis, G.
    Smith, J. D.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (16)
  • [4] Spectrum of the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Emission Derived from First-Year Fermi Large Area Telescope Data
    abdo, A. A.
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Atwood, W. B.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Baughman, B. M.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Berenji, B.
    Blandford, R. D.
    Bloom, E. D.
    Bonamente, E.
    Borgland, A. W.
    Bregeon, J.
    Brez, A.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Burnett, T. H.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Casandjian, J. M.
    Cavazzuti, E.
    Cecchi, C.
    Celik, Oe
    Charles, E.
    Chekhtman, A.
    Cheung, C. C.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Cominsky, L. R.
    Conrad, J.
    Cutini, S.
    Dermer, C. D.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Digel, S. W.
    Di Bernardo, G.
    do Couto e Silva, E.
    Drell, P. S.
    Drlica-Wagner, A.
    Dubois, R.
    Dumora, D.
    Farnier, C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (10)
  • [5] Constraints on cosmological dark matter annihilation from the Fermi-LAT isotropic diffuse gamma-ray measurement
    Abdo, A. A.
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Berenji, B.
    Blandford, R. D.
    Bloom, E. D.
    Bonamente, E.
    Borgland, A. W.
    Bouvier, A.
    Bregeon, J.
    Brez, A.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Burnett, T. H.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Carrigan, S.
    Casandjian, J. M.
    Cecchi, C.
    Celik, Oe.
    Chekhtman, A.
    Cheung, C. C.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Conrad, J.
    Cutini, S.
    Dermer, C. D.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Digel, S. W.
    do Couto e Silva, E.
    Drell, P. S.
    Dubois, R.
    Dumora, D.
    Edmonds, Y.
    Farnier, C.
    Favuzzi, C.
    Fegan, S. J.
    Focke, W. B.
    Fortin, P.
    [J]. JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2010, (04):
  • [6] Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 1018 eV using the Pierre Auger Observatory
    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.
    [J]. PHYSICS LETTERS B, 2010, 685 (4-5) : 239 - 246
  • [7] Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV
    Abraham, J.
    Abreu, P.
    Aglietta, M.
    Ahn, E. J.
    Allard, D.
    Allekotte, I.
    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.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)
  • [8] Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x1019 eV
    Abraham, J.
    Abreu, P.
    Aglietta, M.
    Aguirre, C.
    Allard, D.
    Allekotte, I.
    Allen, J.
    Allison, P.
    Alvarez-Muniz, J.
    Ambrosio, M.
    Anchordoqui, L.
    Andringa, S.
    Anzalone, A.
    Aramo, C.
    Argiro, S.
    Arisaka, K.
    Armengaud, E.
    Arneodo, F.
    Arqueros, F.
    Asch, T.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Atulugama, B. S.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Backer, T.
    Badagnani, D.
    Barbosa, A. F.
    Barnhill, D.
    Barroso, S. L. C.
    Baughman, B.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Beau, T.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bergmann, T.
    Bernardini, P.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Blasi, P.
    Bleve, C.
    Mer, H. Blu
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 101 (06)
  • [9] New constraints on the mid-IR EBL from the HESS discovery of VHE γ-rays from 1ES 0229+200
    Aharonian, F.
    Akhperjanian, A. G.
    de Almeida, U. Barres
    Bazer-Bachi, A. R.
    Behera, B.
    Beilicke, M.
    Benbow, W.
    Bernloehr, K.
    Boisson, C.
    Bolz, O.
    Borrel, V.
    Braun, I.
    Brion, E.
    Brown, A. M.
    Buehler, R.
    Bulik, T.
    Buesching, I.
    Boutelier, T.
    Carrigan, S.
    Chadwick, P. M.
    Chounet, L. -M.
    Clapson, A. C.
    Coignet, G.
    Cornils, R.
    Costamante, L.
    Dalton, M.
    Degrange, B.
    Dickinson, H. J.
    Djannati-Atai, A.
    Domainko, W.
    Drury, L. O'C.
    Dubois, F.
    Dubus, G.
    Dyks, J.
    Egberts, K.
    Emmanoulopoulos, D.
    Espigat, P.
    Farnier, C.
    Feinstein, F.
    Fiasson, A.
    Foerster, A.
    Fontaine, G.
    Funk, Seb.
    Fuessling, M.
    Gallant, Y. A.
    Giebels, B.
    Glicenstein, J. F.
    Glueck, B.
    Goret, P.
    Hadjichristidis, C.
    [J]. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2007, 475 (02) : L9 - L13
  • [10] VERY-HIGH-ENERGY GAMMA-RAYS FROM ACTIVE GALACTIC NUCLEI - CASCADING ON THE COSMIC BACKGROUND-RADIATION FIELDS AND THE FORMATION OF PAIR HALOS
    AHARONIAN, FA
    COPPI, PS
    VOLK, HJ
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL, 1994, 423 (01) : L5 - L8
12345678