超高能宇宙射线谱中的凹陷以及从银河宇宙线到河外宇宙线的转变

凹陷是超高能（UHE）质子弥散谱中的一个特征，由宇宙微波背景（CMB）辐射上的电子-正电子对产生引起。对于幂律产生谱$E^{-2.7}$，计算出的凹陷位置和形状与Akeno-AGASA、HiRes、Yakutsk和Fly's Eye探测器观测到的谱高度吻合。当这些探测器中测量的粒子能量通过凹陷进行校准时，它们的通量以显著的精度一致。预测的凹陷形状相当稳健。只有当注入时比质子重的原子核比例很高时，凹陷才会发生强烈改变，这对UHE宇宙线源中运行的加速机制施加了一些限制。由观测证实的凹陷的存在意味着从银河宇宙线到河外宇宙线的转变发生在$E \lsim 1\times 10^{18}$ eV。我们表明，在低于特征值$E_{\rm cr}\approx 1\times 10^{18}$ eV的能量下，在所有感兴趣的情况下，河外宇宙线的谱都会变平，并且它自然地过渡到更陡的银河宇宙线谱。这种转变发生在低于$E_{\rm cr}$的某个能量处，对应于所谓的第二膝的位置。我们广泛讨论了当前对UHE宇宙线加速过程和源的认识所施加的约束，并将该模型与传统的踝区转变模型进行了比较。