面向超高能宇宙射线的数据驱动型重金属场景

超高能宇宙射线（UHECRs）的质量组成通常通过宇宙射线喷发层深度（$X_{\rm{max}}$）来推断，而现代 hadronic 相互作用模型对该深度的确定性不确定。我们提出了一种数据驱动的 UHECR 解释方法——重金属场景（heavy-metal scenario），该场景假设在 $10^{19.6}$ eV（约40 EeV）以上，宇宙射线的质量组成为最重的铁核。该模型引入了对 QGSJet II-04 和 Sibyll 2.3d 两种 hadronic 相互作用模型所预测 $X_{\rm{max}}$ 尺度的全局偏移。我们基于获得的 $X_{\rm{max}}$ 偏移值，探讨了该质量组成模型的后果，自然导致 UHECRs 的质量组成比传统假设更重。我们研究了该模型对原始粒子种类相对比例能量演化、分解能谱、hadronic-相互作用研究以及 UHECRs 到达方向的影响。我们展示，在该场景下（最近于 Vicha 等人 2025 年发表于 ApJL 986 L34 的工作），宇宙射线测量结果可以更一致地被解释。