河外宇宙射线源成分与膝的诠释

我们考虑了高能质子和原子核在宇宙微波和红外背景中的随机传播，使用了修正的光核反应截面，并在完整的二维核素图上追踪初级和次级原子核。我们证实了早期的结果，即如果源谱为$\propto E^{-2.6}$，则高能数据可以用纯质子河外宇宙射线（EGCR）成分来拟合。在这种情况下，宇宙射线（CR）能谱中的膝可以解释为与传播相关的对产生凹陷。我们表明，当源中包含与银河宇宙射线（GCR）成分相似的重原子核时，除非质子比例高于85%，否则不会出现对产生凹陷。在混合成分的情况下，膝恢复了其作为从GCR到EGCR过渡的早期解释，并且最高能量的数据可以用更硬的源谱$\propto E^{-2.2}$--$E^{-2.3}$来解释，这让人联想到相对论性激波加速的预测，并且与低能GCR数据和整体论图景吻合良好。虽然在高能下预期的宇宙中微子通量对于纯质子和混合成分假设非常相似，但这两种情景预测了从$10^{17.5}$到$10^{20}$ eV非常不同的伸长率。