A predictive analytic model for the solar modulation of cosmic rays

被引：91

作者：

Cholis, Ilias ^{[1
,2
]}

Hooper, Dan ^{[2
,3
]}

Linden, Tim ^{[4
,5
,6
]}

机构：

[1] Johns Hopkins Univ, Dept Phys & Astron, Baltimore, MD 21218 USA

[2] Fermilab Natl Accelerator Lab, Ctr Particle Astrophys, POB 500, Batavia, IL 60510 USA

[3] Univ Chicago, Dept Astron & Astrophys, Chicago, IL 60637 USA

[4] Univ Chicago, Kavli Inst Cosmol Phys, Chicago, IL 60637 USA

[5] Ohio State Univ, CCAPP, Columbus, OH 43210 USA

[6] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2016年 / 93卷 / 04期

基金：

美国国家航空航天局; 美国国家科学基金会;

关键词：

LOCAL INTERSTELLAR SPECTRA; HELIUM SPECTRA; PROTON; PAMELA; DEPENDENCE; REGION; FLUX; GRADIENTS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.93.043016

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

An important factor limiting our ability to understand the production and propagation of cosmic rays pertains to the effects of heliospheric forces, commonly known as solar modulation. The solar wind is capable of generating time- and charge-dependent effects on the spectrum and intensity of low-energy (less than or similar to 10 GeV) cosmic rays reaching Earth. Previous analytic treatments of solar modulation have utilized the force-field approximation, in which a simple potential is adopted whose amplitude is selected to best fit the cosmic-ray data taken over a given period of time. Making use of recently available cosmic-ray data from the Voyager 1 spacecraft, along with measurements of the heliospheric magnetic field and solar wind, we construct a time-, charge-and rigidity-dependent model of solar modulation that can be directly compared to data from a variety of cosmic-ray experiments. We provide a simple analytic formula that can be easily utilized in a variety of applications, allowing us to better predict the effects of solar modulation and reduce the number of free parameters involved in cosmic-ray propagation models.

引用

页数：13

共 62 条

[1]

Abe K., ASTROPHYS J IN PRESS

[2] Searching for Dark Matter Annihilation from Milky Way Dwarf Spheroidal Galaxies with Six Years of Fermi Large Area Telescope Data [J].

Ackermann, M. ;

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Anderson, B. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

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Bottacini, E. ;

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Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

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Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

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Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

Cuoco, A. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Venere, L. ;

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Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Santis, C. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Formato, V. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

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Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

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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. ;

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Sarkar, R. ;

Simon, M. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2013, 765 (02)

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Bellotti, R. ;

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Bogomolov, E. A. ;

Bonvicini, V. ;

Bongi, M. ;

Bonechi, L. ;

Borisov, S. V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

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Voronov, S. A. ;

Wu, J. ;

Galper, A. M. ;

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Danilchenko, I. A. ;

Gillard, W. ;

Jerse, G. ;

Zampa, G. ;

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Castellini, G. ;

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Kvashnin, A. N. ;

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Krutkov, S. Y. ;

Consiglio, L. ;

Leonov, A. A. ;

Mayorov, A. G. ;

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Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

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Mocchiutti, E. ;

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Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

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Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

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Consiglio, L. ;

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Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

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Menn, W. ;

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Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

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[6] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

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Bogomolov, E. A. ;

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Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

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Campana, D. ;

Carbone, R. ;

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Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

Consiglio, L. ;

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Karelin, A. V. ;

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Krutkov, S. Y. ;

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Malvezzi, V. ;

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Nikonov, N. ;

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Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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De Rosa, G. ;

Fedele, D. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Leonov, A. ;

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Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

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Minori, M. ;

Mocchiutti, E. ;

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Orsi, S. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

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Aisa, D. ;

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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. ;

Cerreta, D. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

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Beischer, B. ;

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Bizzarri, M. ;

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Bartoloni, A. ;

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Battarbee, M. ;

Battiston, R. ;

Bazo, J. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

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Bindi, V. ;

Bizzaglia, S. ;

Bizzarri, M. ;

Boella, G. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

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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. ;

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共 62 条

[1]

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Di Felice, V. ;

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Galper, A. M. ;

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Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Koldobskiy, S. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

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Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

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Palma, F. ;

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Voronov, S. A. ;

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Grishantseva, L. A. ;

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Gillard, W. ;

Jerse, G. ;

Zampa, G. ;

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Koldashov, S. V. ;

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Marcelli, L. ;

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Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

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Mori, N. ;

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Osteria, G. ;

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Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

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[6] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

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Borisov, S. ;

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Casolino, M. ;

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Picozza, P. ;

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Bonvicini, V. ;

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Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

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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. ;

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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. ;

Cerreta, D. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 114 (17)

[9] 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. ;

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Cheng, G. M. .

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[10] Electron and Positron Fluxes in Primary Cosmic Rays Measured with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

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Borsini, S. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Burger, J. ;

Cadoux, F. ;

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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. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)

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