超高能宇宙射线瞬态加速器的多信使约束
高能天体物理现象
2025-10-29 v1
摘要
超高能宇宙射线 (UHECR) 的来源仍是天文学中的未解之谜。我们探讨了两种 UHECR 来源的分布情形，假设其生产率分别遵循宇宙星形成率或恒星质量密度。通过联合拟合 10^{18.7} eV 以上费erne 观测站测得的 UHECR 能谱和质量组成，我们推导出对加速机制、来源能量和逃逸时元素丰度的约束。基于这些约束，我们生成了超过 40 万颗银河系的 40 EeV 以上天地图，这些银河系在 350 Mpc 范围内，构成一个以近红外 flux-limited 为样本，映射整个天球面的两种星系活动轨迹。理解 UHECR 传播的关键因素是大尺度宇宙结构的影响，特别是星系团——宇宙中最大的引力束缚系统，充满被磁化的稀薄等离子体。位于此类结构中银河系的间歇性来源，结合宇宙磁场，塑造了观察到的 UHECR 到达方向，并提供了关于来源脉冲率的洞见。我们表明，这些环境对 UHECR 的传输具有显著影响，使其对重核对不透明。此外，我们计算了 UHECR 在这些环境中相互作用产生的预期次生 neutrino 和 photon flux，并与当前实验限制进行比较，从而约束粒子可实现的最大能量。最后，我们评估了这些约束与天文学上的候选来源的兼容性，确定长 gamma 射线暴 (GRB) 是最有前景的来源。
引用
@article{arxiv.2510.24516,
title = {Multi-messenger constraints on transient accelerators of ultra-high energy cosmic rays},
author = {Antonio Condorelli and Jonathan Biteau and Olivier Deligny and Remi Adam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.24516},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 5 figures, Proceedings for the 39th International Cosmic Ray Conference (ICRC2025)