银河系到河外宇宙线转换的标志

我们讨论了在不同情景下从银河系到河外宇宙线转换的标志，重点关注了凹陷模型。凹陷是超高能（UHE）质子在能量范围 $1\times 10^{18} - 4\times 10^{19}$ eV 的弥漫谱中的一个特征，由在宇宙微波背景（CMB）辐射上的正负电子对产生所致。凹陷模型为银河系到河外宇宙线的转换提供了简单的物理描述。在此我们总结了该转换的正负电子对产生凹陷模型的标志，最显著的是能谱、各向异性和化学组成。然而，我们工作的主要重点是描述在凹陷模型中延伸率和簇射极大深度 $X_{\rm max}$ 分布中出现的特征。我们发现 $X_{\max}(E)$ 曲线随能量急剧增加，这反映了在低能段以铁为主的通量在 $E\sim 10^{18}$ eV 处急剧转换为以质子为主的通量。我们还详细讨论了给定能量宇宙线的 $X_{\max}$ 分布的形状，并证明这是区分凹陷模型与其他可能的转换模型的有力工具。