Спектры частиц и массовый состав в области сверхвысоких энергий в рамках Галактического Происхождения Космических Лучей

Спектры частиц и массовый состав в области сверхвысоких энергий в рамках Галактического Происхождения Космических Лучей.

Абстрактные. Рассмотрена возможность самосогласованного описания всех основных особенностей наблюдаемых спектров космических лучей и изменений основного состава в диапазоне энергий 10 15 ÷ 10 20 эВ в сценарии Галактического происхождения.

Мы предполагаем существование галактических источников, которые ускоряют частицы до ~ 3 · 10 18 Z эВ и учитывают высоконеоднородное (фрактальное) распределение вещества и магнитных полей в Галактике, что приводит к чрезвычайно большим свободным путям частиц ( «Перелеты Леви») наряду с подавляющим вкладом в потоки космических лучей, наблюдаемые выше ~ 10 18 эВ от частиц, достигающих Солнечной системы без рассеяния. Наш сценарий был уточнен на основе недавних экспериментальных результатов по основному составу масс. Обсуждаются предсказания моделей, которые можно проверить с помощью улучшенных высокоточных измерений в ближайшем будущем.

1. Введение

Физические механизмы, определяющие особенности энергетических спектров космических лучей (CRs) и их изменения состава в диапазоне энергий, который простирается от PeV до десятков

EeV все еще обсуждается. В так называемом стандартном сценарии предполагается, что галактическая составляющая КР, ускоренная остатками сверхновых, простирается до энергий нескольких 10 17 эВ с постепенно более тяжелым составом из-за зависящей от жесткости энергии ускорения ядер. Тогда галактические CRs сливаются в легкую и плоскую внегалактическую составляющую, которая заканчивается на ~ 5 · 10 19 эВ из-за эффекта GZK. Недавние измерения с помощью нескольких экспериментов нового поколения, а также результаты некоторых новых методов экспериментального анализа данных [1-5] серьезно оспаривали стандартные характеристики. В частности, анион-подобная фаза в компоненте легкого CR, измеренная KASCADE-Grande при E> 10 17 эВ [1], а также данные о фракции легкой массы (протоны и гелий) около 80% при 10 17 ÷ 10 17,5 эВ [2] трудности для объяснения в рамках стандартной модели без сильных дополнительных предположений. При сверхвысоких энергиях химический состав все еще неоднозначен. Смешанная композиция, включающая ядра, более тяжелые, чем гелий, сообщается Обсерваторией Пьера Оже (ПАО) на основе различныx улучшенные методы и методы [3, 4], в то время как телескопный массив (TA) интерпретирует свои данные как совместимые с в значительной степени протонной композицией [5]. Таким образом, нельзя исключить не-GZK-источник подавления энергетического спектра при самых высоких энергиях (например, пределы ускорения в источниках галактических космических лучей выше 10 18 эВ). В наших работах [6-8] показано, что основные структуры во всем спектре CR частиц (колено, голеностоп и обрезание) могут быть воспроизведены в предположении, что по существу все CR, в том числе и в самых высоких энергиях, происходят из галактических источников, которые могут ускорять частицы до энергии отсечки. Высоконеоднородное (фрактальное) распределение вещества и магнитных полей в Галактике, что приводит к чрезвычайно большим свободным путям частиц (так называемые «перелеты Леви»), а также большой вклад нераспределенных частиц в потоки космических лучей выше ~ 10 18 эВ является основным элементом нашей модели - аномальной диффузионной модели. На данном этапе новые более точные данные, в основном спектральные характеристики, измеренные отдельно для легких и тяжелых компонентов, а также улучшенные оценки состава, дают возможность уточнения и обновления модели. В настоящей работе мы пересмотрим возможность самосогласованного описания энергетических спектров и результатов CRs в сценарии происхождения Галактического космического луча на основе модели аномальной диффузии и обсудим критические предсказания модели, которые можно было бы проверить с улучшенными высокочастотными характеристиками, прецизионные измерения в ближайшем будущем.