Cosmogenic photon and neutrino fluxes in the Auger era

被引:94
作者
Batista, Rafael Alves [1 ]
de Almeida, Rogerio M. [2 ]
Lago, Bruno [3 ]
Kotera, Kumiko [4 ,5 ,6 ]
机构
[1] Univ Sao Paulo, Inst Astron Geofis & Ciencias Atmosfer, Rua Matao 1226, BR-05508090 Sao Paulo, SP, Brazil
[2] Univ Fed Fluminense, EEIMVR, Volta Redonda, RJ, Brazil
[3] CEFET RJ, Ctr Fed Educ Tecnol Celso Suckow Fonseca, Campus Nova Friburgo, Nova Friburgo, RJ, Brazil
[4] UPMC Univ Paris 6, Sorbonne Univ, 98 Bis Bd Arago, F-75014 Paris, France
[5] CNRS, UMR 7095, Inst Astrophys Paris, 98 Bis Bd Arago, F-75014 Paris, France
[6] Univ Paris Diderot, CNRS, IRFU, Lab AIM Paris Saclay,CEA,DSM, F-91191 Gif Sur Yvette, France
基金
巴西圣保罗研究基金会;
关键词
ultra high energy cosmic rays; ultra high energy photons and neutrinos; cosmic ray theory; neutrino astronomy; ENERGY COSMIC-RAYS; EXTRAGALACTIC GAMMA-RAY; LUMINOSITY FUNCTION; MAGNETIC-FIELDS; PROPAGATION; SPECTRUM; DETECTOR; ARRAY;
D O I
10.1088/1475-7516/2019/01/002
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The interaction of ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs) with pervasive photon fields generates associated cosmogenic fluxes of neutrinos and photons due to photohadronic and photonuclear processes taking place in the intergalactic medium. We perform a fit of the UHECR spectrum and composition measured by the Pierre Auger Observatory for four source emissivity scenarios: power-law redshift dependence with one free parameter, active galactic nuclei, gamma-ray bursts, and star formation history. We show that negative source emissivity evolution is favoured if we treat the source evolution as a free parameter. In all cases, the best fit is obtained for relatively hard spectral indices and low maximal rigidities, for compositions at injection dominated by intermediate nuclei (nitrogen and silicon groups). In light of these results, we calculate the associated fluxes of neutrinos and photons. Finally, we discuss the prospects for the future generation of high-energy neutrino and gamma-ray observatories to constrain the sources of UHECRs.
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