超高能宇宙射线：Auger 数据对源能谱和化学成分的启示

我们采用动力学方程方法来描述超高能宇宙射线质子和原子核的传播，并针对源注入能谱和化学丰度的不同假设，计算了地球处预期的能谱和质量组成。将与 Pierre Auger 天文台观测到的能谱、最大发展深度 $X_{max}(E)$ 及其弥散 $\sigma(X_{max})$ 进行比较后，可以得出几个重要结论：a) 原子核的注入能谱必须非常硬，约为 $\sim E^{-\gamma}$，其中 $\gamma\sim 1-1.6$；b) 源中电荷为 $Z$ 的原子核的最大能量必须约为 $\sim 5Z\times 10^{18}$ eV，因此不需要加速到极高的能量；c) 只有在添加一个具有陡注入能谱（$\sim E^{-2.7}$）的 {\it ad hoc} 轻 extragalactic 分量时，才能拟合 Auger 能谱。从这个意义上说，在踝点 ($E_{A}\approx 5\times 10^{18}$ eV) 处所有分量均起源于河外，这表明从银河系宇宙射线到河外宇宙射线的转变发生在踝点以下。有趣的是，上述假设的额外轻河外分量在能谱和归一化方面与 KASCADE-Grande 最近测量的结果吻合良好。