超高能宇宙线原子核的能量学

宇宙中产生的超高能宇宙线（UHECRs）的能量学对于确定其候选源至关重要。利用近期关于 UHECR 能谱的 Auger 数据，我们考虑质子以及中等质量和重原子核，通过在谱指数、最大能量和红移演化上扫描源参数，计算了注入时不同种类原子核的 UHECR 能量产生率密度。我们发现，在 $10^{19.5}$~eV 处得到的 UHECR 能量产生率密度为 $\approx(0.2-2)\times$10$^{44}$~erg~Mpc$^{-3}$~yr$^{-1}$，且对谱指数有非平凡的依赖关系。除质子和铁以外的原子核在注入时倾向于较硬的谱指数，且中等质量原子核所需的能量预算值更小。鉴于强子相互作用模型和银河系—河外过渡的天体物理模型存在显著不确定性，我们的结果可视为保守的。$X_{\rm max}$ 的组分数据给出了额外约束，但结果在模型不确定性范围内是一致的。