Spatial dependent diffusion of cosmic rays and the excess of primary electrons derived from high precision measurements by AMS-02

被引：22

作者：

Jin, Chao ^{[1
,2
]}

Guo, Yi-Qing ^{[2
]}

Hu, Hong-Bo ^{[2
]}

机构：

[1] Zhengzhou Univ, Sch Phys Engn, Zhengzhou 450001, Peoples R China

[2] Chinese Acad Sci, Inst High Energy Phys, Key Lab Particle Astrophys, Beijing 100049, Peoples R China

来源：

CHINESE PHYSICS C | 2016年 / 40卷 / 01期

关键词：

cosmic rays; primary electron; excess; diffusion; propagation; hardening; SUPERNOVA-REMNANTS; ORIGIN; REACCELERATION; ACCELERATION; SPECTRA; PAMELA;

D O I：

10.1088/1674-1137/40/1/015101

中图分类号：

O57 [原子核物理学、高能物理学];

学科分类号：

070202 ;

摘要：

The precise spectra of Cosmic Ray (CR) electrons and positrons have been published by the measurement of AMS-02. It is reasonable to regard the difference between the electron and positron spectra (Delta Phi=Phi(e-) - Phi(e+)) as being dominated by primary electrons. The resulting electron spectrum shows no sign of spectral softening above 20 GeV, which is in contrast with the prediction of the standard model of CR propagation. In this work, we generalize the analytic one-dimensional two-halo model of diffusion to a three-dimensional realistic calculation by implementing spatial variant diffusion coefficients in the DRAGON package. As a result, we can reproduce the spectral hardening of protons observed by several experiments, and predict an excess of high energy primary electrons which agrees with the measurement reasonably well. Unlike the break spectrum obtained for protons, the model calculation predicts a smooth electron excess and thus slightly over-predicts the flux from tens of GeV to 100 GeV. To understand this issue, further experimental and theoretical studies are necessary.

引用

页数：5

共 37 条

[1] 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)

[2] 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

[3] 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

[4] Precision Measurement of the (e+ + e-) Flux in Primary Cosmic Rays from 0.5 GeV to 1 TeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

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. ;

Casaus, J. ;

Cascioli, V. ;

Castellini, G. ;

Cernuda, I. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

Chen, H. ;

Cheng, G. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (22)

[5] First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-350 GeV [J].

Aguilar, M. ;

Alberti, G. ;

Alpat, B. ;

Alvino, A. ;

Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Anderhub, H. ;

Arruda, L. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Baret, B. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Basili, A. ;

Batalha, L. ;

Bates, J. ;

Battiston, R. ;

Bazo, J. ;

Becker, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Berges, P. ;

Bertucci, B. ;

Bigongiari, G. ;

Biland, A. ;

Bindi, V. ;

Bizzaglia, S. ;

Boella, G. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bolmont, J. ;

Borgia, B. ;

Borsini, S. ;

Boschini, M. J. ;

Boudoul, G. ;

Bourquin, M. ;

Brun, P. ;

Buenerd, M. ;

Burger, J. ;

Burger, W. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Casadei, D. ;

Casaus, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)

[6] Cosmic ray acceleration in supernova remnants and the FERMI/PAMELA data [J].

Ahlers, Markus ;

Mertsch, Philipp ;

Sarkar, Subir .

PHYSICAL REVIEW D, 2009, 80 (12)

[7] MEASUREMENTS OF THE RELATIVE ABUNDANCES OF HIGH-ENERGY COSMIC-RAY NUCLEI IN THE TeV/NUCLEON REGION [J].

Ahn, H. S. ;

Allison, P. S. ;

Bagliesi, M. G. ;

Barbier, L. ;

Beatty, J. J. ;

Bigongiari, G. ;

Brandt, T. J. ;

Childers, J. T. ;

Conklin, N. B. ;

Coutu, S. ;

DuVernois, M. A. ;

Ganel, O. ;

Han, J. H. ;

Jeon, J. A. ;

Kim, K. C. ;

Lee, J. ;

Lee, M. H. ;

Maestro, P. ;

Malinin, A. ;

Marrocchesi, P. S. ;

Minnick, S. ;

Mognet, S. I. ;

Na, G. W. ;

Nam, J. ;

Nam, S. ;

Nutter, S. ;

Park, I. H. ;

Park, N. H. ;

Seo, E. S. ;

Sina, R. ;

Walpole, P. ;

Wu, J. ;

Yang, J. ;

Yoon, Y. S. ;

Zei, R. ;

Zinn, S. Y. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 715 (02) :1400-1407

[8] DISCREPANT HARDENING OBSERVED IN COSMIC-RAY ELEMENTAL SPECTRA [J].

Ahn, H. S. ;

Allison, P. ;

Bagliesi, M. G. ;

Beatty, J. J. ;

Bigongiari, G. ;

Childers, J. T. ;

Conklin, N. B. ;

Coutu, S. ;

DuVernois, M. A. ;

Ganel, O. ;

Han, J. H. ;

Jeon, J. A. ;

Kim, K. C. ;

Lee, M. H. ;

Lutz, L. ;

Maestro, P. ;

Malinin, A. ;

Marrocchesi, P. S. ;

Minnick, S. ;

Mognet, S. I. ;

Nam, J. ;

Nam, S. ;

Nutter, S. L. ;

Park, I. H. ;

Park, N. H. ;

Seo, E. S. ;

Sina, R. ;

Wu, J. ;

Yang, J. ;

Yoon, Y. S. ;

Zei, R. ;

Zinn, S. Y. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2010, 714 (01) :L89-L93

[9] KASCADE measurements of energy spectra for elemental groups of cosmic rays:: Results and open problems [J].

Antoni, T ;

Apel, WD ;

Badea, AF ;

Bekk, K ;

Bercuci, A ;

Blümer, J ;

Bozdog, H ;

Brancus, IM ;

Chilingarian, A ;

Daumiller, K ;

Doll, P ;

Engel, R ;

Engler, J ;

Fessler, F ;

Gils, HJ ;

Glasstetter, R ;

Haungs, A ;

Heck, D ;

Hörandel, JR ;

Kampert, KH ;

Klages, HO ;

Maier, G ;

Mathes, HJ ;

Mayer, HJ ;

Milke, J ;

Müller, M ;

Obenland, R ;

Oehlschläger, J ;

Ostapchenko, S ;

Petcu, M ;

Rebel, H ;

Risse, A ;

Risse, M ;

Roth, M ;

Schatz, G ;

Schieler, H ;

Scholz, J ;

Thouw, T ;

Ulrich, H ;

van Buren, J ;

Vardanyan, A ;

Weindl, A ;

Wochele, J ;

Zabierowski, J .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2005, 24 (1-2) :1-25

[10] PAMELA and dark matter [J].

Barger, V. ;

Keung, W. -Y. ;

Marfatia, D. ;

Shaughnessy, G. .

PHYSICS LETTERS B, 2009, 672 (02) :141-146

← 1 2 3 4 →