AMS-02 beryllium data and its implication for cosmic ray transport

被引:95
作者
Evoli, Carmelo [1 ,2 ]
Morlino, Giovanni [3 ]
Blasi, Pasquale [1 ,2 ]
Aloisio, Roberto [1 ,2 ]
机构
[1] GSSI, Via M Iacobucci 2, I-67100 Laquila, Italy
[2] INFN, Lab Nazl Gran Sasso, Via G Acitelli 22, Assergi, AQ, Italy
[3] INAF, Osservatorio Astrofis Arcetri, Lgo E Fermi 5, I-50125 Florence, Italy
关键词
POSITRON FLUX; ABUNDANCE; NUCLEI; PROPAGATION; HELIUM; BE-10; AGE;
D O I
10.1103/PhysRevD.101.023013
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The flux of unstable secondary cosmic ray nuclei, produced by spallation processes in the interstellar medium, can be used to constrain the residence time of cosmic rays inside the Galaxy. Among them, Be-10 is especially useful because of its relatively long half-life of 1.39 Myr. In the framework of the diffusive halo model we describe cosmic ray transport taking into account all relevant interaction channels and accounting for the decay of unstable secondary nuclei. We then compare our results with the data collected by the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) on board the International Space Station for the flux ratios Be/C, B/C, Be/O, B/O, C/O and Be/B as well as C, N and O absolute fluxes. These measurements, and especially the Be/B ratio, allow us to single out the flux of Icte and infer a best fit propagation time of Be-10 in the Galaxy. Our results show that, if the cross sections for the production of secondary elements through spallation are taken at face value, AMS-02 measurements are compatible with the standard picture based on CR diffusion in a halo of size H greater than or similar to 5 kpc. Taking into account the uncertainties in the cross sections, this conclusion becomes less reliable, although still compatible with the standard picture. Implications of our findings for alternative models of CR transport are discussed.
引用
收藏
页数:11
相关论文
共 57 条
[1]   Extended gamma-ray sources around pulsars constrain the origin of the positron flux at Earth [J].
Abeysekara, A. U. ;
Albert, A. ;
Alfaro, R. ;
Alvarez, C. ;
Alvarez, J. D. ;
Arceo, R. ;
Arteaga-Velazquez, J. C. ;
Rojas, D. Avila ;
Solares, H. A. Ayala ;
Barber, A. S. ;
Bautista-Elivar, N. ;
Becerril, A. ;
Belmont-Moreno, E. ;
BenZvi, S. Y. ;
Berley, D. ;
Bernal, A. ;
Braun, J. ;
Brisbois, C. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Capistran, T. ;
Carraminana, A. ;
Casanova, S. ;
Castillo, M. ;
Cotti, U. ;
Cotzomi, J. ;
de Leon, S. Coutino ;
De Leon, C. ;
De la Fuente, E. ;
Dingus, B. L. ;
DuVernois, M. A. ;
Diaz-Velez, J. C. ;
Ellsworth, R. W. ;
Engel, K. ;
Enriquez-Rivera, O. ;
Fiorino, D. W. ;
Fraija, N. ;
Garcia-Gonzalez, J. A. ;
Garfias, F. ;
Gerhardt, M. ;
Munoz, A. Gonzalez ;
Gonzalez, M. M. ;
Goodman, J. A. ;
Hampel-Arias, Z. ;
Harding, J. P. ;
Hernandez, S. ;
Hernandez-Almada, A. ;
Hinton, J. ;
Hona, B. ;
Hui, C. M. ;
Huntemeyer, P. .
SCIENCE, 2017, 358 (6365) :911-914
[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].
Accardo, L. ;
Aguilar, M. ;
Aisa, D. ;
Alpat, B. ;
Alvino, A. ;
Ambrosi, G. ;
Andeen, K. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Battarbee, M. ;
Battiston, R. ;
Bazo, J. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bigongiari, G. ;
Bindi, V. ;
Bizzaglia, S. ;
Bizzarri, M. ;
Boella, G. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bonnivard, V. ;
Borgia, B. ;
Borsini, S. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Burger, J. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Carosi, G. ;
Casaus, J. ;
Cascioli, V. ;
Castellini, G. ;
Cernuda, I. ;
Cerreta, D. ;
Cervelli, F. ;
Chae, M. J. ;
Chang, Y. H. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)
[3]   PAMELA Measurements of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bonechi, L. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Borisov, S. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carbone, R. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
Consiglio, L. ;
De Pascale, M. P. ;
De Santis, C. ;
De Simone, N. ;
Di Felice, V. ;
Galper, A. M. ;
Gillard, W. ;
Grishantseva, L. ;
Jerse, G. ;
Karelin, A. V. ;
Koldashov, S. V. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Leonov, A. ;
Malakhov, V. ;
Malvezzi, V. ;
Marcelli, L. ;
Mayorov, A. G. ;
Menn, W. ;
Mikhailov, V. V. ;
Mocchiutti, E. ;
Monaco, A. ;
Mori, N. ;
Nikonov, N. ;
Osteria, G. ;
Palma, F. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Pizzolotto, C. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. .
SCIENCE, 2011, 332 (6025) :69-72
[4]   An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bonechi, L. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
De Pascale, M. P. ;
De Rosa, G. ;
De Simone, N. ;
Di Felice, V. ;
Galper, A. M. ;
Grishantseva, L. ;
Hofverberg, P. ;
Koldashov, S. V. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Leonov, A. ;
Malvezzi, V. ;
Marcelli, L. ;
Menn, W. ;
Mikhailov, V. V. ;
Mocchiutti, E. ;
Orsi, S. ;
Osteria, G. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. ;
Simon, M. ;
Sparvoli, R. ;
Spillantini, P. ;
Stozhkov, Y. I. ;
Vacchi, A. ;
Vannuccini, E. ;
Vasilyev, G. ;
Voronov, S. A. ;
Yurkin, Y. T. ;
Zampa, G. ;
Zampa, N. .
NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609
[5]   New Measurement of the Antiproton-to-Proton Flux Ratio up to 100 GeV in the Cosmic Radiation [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bonechi, L. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
De Pascale, M. P. ;
De Rosa, G. ;
Fedele, D. ;
Galper, A. M. ;
Grishantseva, L. ;
Hofverberg, P. ;
Leonov, A. ;
Koldashov, S. V. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Malvezzi, V. ;
Marcelli, L. ;
Menn, W. ;
Mikhailov, V. V. ;
Minori, M. ;
Mocchiutti, E. ;
Nagni, M. ;
Orsi, S. ;
Osteria, G. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. ;
Simon, M. ;
Sparvoli, R. ;
Spillantini, P. ;
Stozhkov, Y. I. ;
Taddei, E. ;
Vacchi, A. ;
Vannuccini, E. ;
Vasilyev, G. ;
Voronov, S. A. ;
Yurkin, Y. T. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (05)
[6]  
Aduszkiewicz A., CERN TECHNICAL REPOR
[7]   Precision Measurement of Cosmic-Ray Nitrogen and its Primary and Secondary Components with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Aguilar, M. ;
Cavasonza, L. Ali ;
Alpat, B. ;
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. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Casaus, J. ;
Castellini, G. ;
Cervelli, F. ;
Chang, Y. H. ;
Chen, A. I. ;
Chen, G. M. ;
Chen, H. S. ;
Chen, Y. ;
Cheng, L. ;
Chou, H. Y. ;
Choumilov, E. ;
Choutko, V. ;
Chung, C. H. ;
Clark, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (05)
[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]   Observation of the Identical Rigidity Dependence of He, C, and O Cosmic Rays at High Rigidities by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Aguilar, M. ;
Cavasonza, L. Ali ;
Alpat, B. ;
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. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (25)
[10]   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)