Ultrahigh energy cosmic rays from nearby starburst galaxies

被引:9
作者
Attallah, Reda [1 ]
Bouchachi, Dallel [1 ]
机构
[1] Badji Mokhtar Univ, Dept Phys, Fac Sci, POB 12, Annaba 23000, Algeria
关键词
cosmic rays; galaxies: starburst; MAGNETIC-FIELDS; PROPAGATION; NUCLEI; ARRAY; ANISOTROPY; SPECTRUM; DETECTOR; ANKLE;
D O I
10.1093/mnras/sty986
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Ultrahigh energy cosmic rays are the most energetic of any subatomic particles ever observed in nature. The quest for their mysterious origin is currently a major scientific challenge. Here we explore the possibility that these particles originate from nearby starburst galaxies, a scenario that matches the recent observation by the Telescope Array experiment of a cosmic ray hotspot above 57 EeV not far from the direction of the starburst galaxy M82. Specifically, we study the stochastic propagation in space of ultrahigh ENERGY cosmic rays through the state-of-the-art simulation framework CRPROPA 3, taking into account all relevant particle interactions as well as deflections by the intervening magnetic fields. To ensure a comprehensive understanding of this model, we consider the energy spectrum, the cosmogenic neutrinos and gamma rays, and the distribution of arrival directions. The starburst galaxy scenario reproduces well observations from both the Telescope Array and Pierre Auger Observatories, making it very attractive for explaining the origin of cosmic rays at the highest energies.
引用
收藏
页码:800 / 806
页数:7
相关论文
共 70 条
[1]   The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Al Samarai, I. ;
Albert, J. N. ;
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. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avenier, M. ;
Avila, G. ;
Awal, N. ;
Badescu, A. M. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. ;
Barenthien, N. ;
Barkhausen, M. ;
Baeuml, J. ;
Baus, C. ;
Beatty, J. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertaina, M. E. ;
Biermann, P. L. ;
Bilhaut, R. ;
Billoir, P. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2015, 798 :172-213
[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]   Improved limit to the diffuse flux of ultrahigh energy neutrinos from the Pierre Auger Observatory [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Al Samarai, I. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
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. ;
Arsene, N. ;
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, A. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Borodi, N. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. .
PHYSICAL REVIEW D, 2015, 91 (09)
[4]   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)
[5]   Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. II. Composition implications [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. ;
Bertania, 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)
[6]  
Aab A., 2017, J. Cosmol. Astropart. Phys., V04
[7]   Constraints on Ultrahigh-Energy Cosmic-Ray Sources from a Search for Neutrinos above 10 PeV with IceCube [J].
Aartsen, M. G. ;
Abraham, K. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Archinger, M. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 117 (24)
[8]   First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression [J].
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. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
[9]   Study of Ultra-High Energy Cosmic Ray composition using Telescope Array's Middle Drum detector and surface array in hybrid mode [J].
Abbasi, R. U. ;
Abe, M. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Anderson, R. ;
Azuma, R. ;
Barcikowski, E. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Cady, R. ;
Chae, M. J. ;
Cheon, B. G. ;
Chiba, J. ;
Chikawa, M. ;
Cho, W. R. ;
Fujii, T. ;
Fukushima, M. ;
Goto, T. ;
Hanlon, W. ;
Hayashi, Y. ;
Hayashida, N. ;
Hibino, K. ;
Honda, K. ;
Ikeda, D. ;
Inoue, N. ;
Ishii, T. ;
Ishimori, R. ;
Ito, H. ;
Ivanov, D. ;
Jui, C. C. H. ;
Kadota, K. ;
Kakimoto, F. ;
Kalashev, O. ;
Kasahara, K. ;
Kawai, H. ;
Kawakami, S. ;
Kawana, S. ;
Kawata, K. ;
Kido, E. ;
Kim, H. B. ;
Kim, J. H. ;
Kim, J. H. ;
Kitamura, S. ;
Kitamura, Y. ;
Kuzmin, V. ;
Kwong, Y. J. ;
Lan, J. ;
Lim, S. ;
Lundquist, J. P. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 64 :49-62
[10]   INDICATIONS OF INTERMEDIATE-SCALE ANISOTROPY OF COSMIC RAYS WITH ENERGY GREATER THAN 57 EeV IN THE NORTHERN SKY MEASURED WITH THE SURFACE DETECTOR OF THE TELESCOPE ARRAY EXPERIMENT [J].
Abbasi, R. U. ;
Abe, M. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Anderson, R. ;
Azuma, R. ;
Barcikowski, E. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Cady, R. ;
Chae, M. J. ;
Cheon, B. G. ;
Chiba, J. ;
Chikawa, M. ;
Cho, W. R. ;
Fujii, T. ;
Fukushima, M. ;
Goto, T. ;
Hanlon, W. ;
Hayashi, Y. ;
Hayashida, N. ;
Hibino, K. ;
Honda, K. ;
Ikeda, D. ;
Inoue, N. ;
Ishii, T. ;
Ishimori, R. ;
Ito, H. ;
Ivanov, D. ;
Jui, C. C. H. ;
Kadota, K. ;
Kakimoto, F. ;
Kalashev, O. ;
Kasahara, K. ;
Kawai, H. ;
Kawakami, S. ;
Kawana, S. ;
Kawata, K. ;
Kido, E. ;
Kim, H. B. ;
Kim, J. H. ;
Kim, J. H. ;
Kitamura, S. ;
Kitamura, Y. ;
Kuzmin, V. ;
Kwon, Y. J. ;
Lan, J. ;
Lim, S. I. ;
Lundquist, J. P. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2014, 790 (02)