Constraining the sources of ultra-high-energy cosmic rays across and above the ankle with the spectrum and composition data measured at the Pierre Auger Observatory - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue JCAP Année : 2023

Constraining the sources of ultra-high-energy cosmic rays across and above the ankle with the spectrum and composition data measured at the Pierre Auger Observatory

Adila Abdul Halim , Pedro Abreu , Marco Aglietta , Ingomar Allekotte , Kevin Almeida Cheminant , Alejandro Almela , Jaime Alvarez-Muñiz , Juan Ammerman Yebra , Gioacchino Alex Anastasi , Luis Anchordoqui , Belén Andrada , Sofia Andringa , Carla Aramo , Paulo Ricardo Araújo Ferreira , Enrico Arnone , Juan Carlos Arteaga Velázquez , Hernán Gonzalo Asorey , Pedro Assis , Gualberto Avila , Emanuele Avocone , Alina Mihaela Badescu , Alena Bakalova , Alexandru Balaceanu , Felicia Barbato , Jose A. Bellido , Corinne Berat (1) , Mario Edoardo Bertaina , Gopal Bhatta , Peter Biermann , Virginia Binet , Kathrin Bismark , Teresa Bister , Jonathan Biteau (2) , Jiri Blazek , Carla Bleve (1) , Johannes Blümer , Martina Boháčová , Denise Boncioli , Carla Bonifazi , Luan Bonneau Arbeletche , Nataliia Borodai , Jeffrey Brack , Thomas Bretz , P. Gabriel Brichetto Orchera , Florian Lukas Briechle , Peter Buchholz , Antonio Bueno , Stijn Buitink , Mario Buscemi , Max Büsken , Anthony Bwembya , Karen S. Caballero-Mora , Lorenzo Caccianiga , Ioana Caracas , Rossella Caruso , Antonella Castellina , Fernando Catalani , Gabriella Cataldi , Lorenzo Cazon , Marcos Cerda , Jose Augusto Chinellato , Jiri Chudoba , Ladislav Chytka , Roger W. Clay , Agustín Cobos Cerutti , Roberta Colalillo , Alan Coleman , Maria Rita Coluccia , Ruben Conceição , Antonio Condorelli (2) , Giovanni Consolati , Matteo Conte , Fernando Contreras , Fabio Convenga , Diego Correia dos Santos , Corbin Covault , Markus Cristinziani , Carlo Salvattore Cruz Sanchez , Sergio Dasso , Kai Daumiller , Bruce R. Dawson , Rogerio M. de Almeida , Joaquín de Jesús , Sijbrand J. de Jong , Joao de Mello Neto , Ivan de Mitri , Jaime de Oliveira , Danelise de Oliveira Franco , Francesco de Palma , Vitor de Souza , Emanuele de Vito , Antonino del Popolo , Olivier Deligny (2) , Luca Deval , Armando Di Matteo , Madalina Dobre , Carola Dobrigkeit , Juan Carlos d'Olivo , Luis Miguel Domingues Mendes , Rita dos Anjos , Jan Ebr , Mohamed Eman , Ralph Engel , Italo Epicoco , Martin Erdmann , Alberto Etchegoyen , Heino Falcke , John Farmer , Glennys Farrar , Anderson Fauth , Norberto Fazzini , Fridtjof Feldbusch , Francesco Fenu , Brian Fick , Juan Manuel Figueira , Andrej Filipčič , Thomas Fitoussi , Benjamin Flaggs , Tomas Fodran , Toshihiro Fujii , Alan Fuster , Cristina Galea , Claudio Galelli , Beatriz García , Hartmut Gemmeke , Flavia Gesualdi , Alexandru Gherghel-Lascu , Piera Luisa Ghia (2) , Ugo Giaccari , Marco Giammarchi , Jonas Glombitza , Fabian Gobbi , Fernando Gollan , Geraldina Golup , Mariano Gómez Berisso , Primo F. Gómez Vitale , Juan Pablo Gongora , Juan Manuel González , Nicolás González , Isabel Goos , Dariusz Góra , Alessio Gorgi , Marvin Gottowik , Trent D. Grubb , Fausto Guarino , Germano Guedes , Eleonora Guido , Steffen Hahn , Petr Hamal , Matías Rolf Hampel , Patricia Hansen , Diego Harari , Violet M. Harvey , Andreas Haungs , Thomas Hebbeker , Dieter Heck , Carlos Hojvat , Jörg Hörandel , Pavel Horvath , Miroslav Hrabovský , Tim Huege , Antonio Insolia , Paula Gina Isar , Petr Janecek , Jeffrey A. Johnsen , Jakub Jurysek , Alex Kääpä , Karl-Heinz Kampert , Bianca Keilhauer , Abha Khakurdikar , Varada Varma Kizakke Covilakam , Hans Klages , Matthias Kleifges , Jonny Kleinfeller , Felix Knapp , Norbert Kunka , Bruno L. Lago , Niklas Langner , Marcelo Augusto Leigui de Oliveira , Vladimir Lenok , Antoine Letessier-Selvon (3) , Isabelle Lhenry-Yvon (2) , Domenico Lo Presti , Luis Lopes , Rebeca López , Lu Lu , Quentin Luce , Jon Paul Lundquist , Allan Machado Payeras , Margita Majercakova , Dusan Mandat , Bradley C. Manning , Julien Manshanden , Paul Mantsch , Sullivan Marafico (2) , Federico Maria Mariani , Analisa Mariazzi , Ioana Mariş , Giovanni Marsella , Daniele Martello , Sara Martinelli , Oscar Martínez Bravo , Miguel A. Martins , Massimo Mastrodicasa , Hermann-Josef Mathes , James Matthews , Giorgio Matthiae , Eric Mayotte , Sonja Mayotte , Peter Mazur , Gustavo Medina-Tanco , Janning Meinert , Diego Melo , Alexander Menshikov , Stanislav Michal , Maria Isabel Micheletti , Lino Miramonti , Silvia Mollerach , François Montanet (1) , Leonel Morejon , Carlo Morello , Ana L. Müller , Katharine Mulrey , Roberto Mussa , Marco Muzio , Wilson M. Namasaka , Alina Nasr-Esfahani , Lukas Nellen , Gabriela Nicora , Mihai Niculescu-Oglinzanu , Marcus Niechciol , Dave Nitz , Ian Norwood , Dalibor Nosek , Vladimir Novotny , Libor Nožka , Achille Nucita , Luis Núñez , Cainã Oliveira , Miroslav Palatka , Juan Pallotta , Gonzalo Parente , Alejandra Parra , Jannis Pawlowsky , Miroslav Pech , Jan Pękala , Rodrigo Pelayo , Edyvania Emily Pereira Martins , Johnnier Perez Armand , Carmina Pérez Bertolli , Lorenzo Perrone , Sergio Petrera , Camilla Petrucci , Tanguy Pierog , Mário Pimenta , Manuel Platino , Bjarni Pont , Mart Pothast , Mohsen Pourmohammad Shavar , Paolo Privitera , Michael Prouza , Andrew Puyleart , Sven Querchfeld , Julian Rautenberg , Diego Ravignani , Maximilian Reininghaus , Jan Ridky , Felix Riehn , Markus Risse , Vincenzo Rizi , Washington Rodrigues de Carvalho , Jorge Rubén Rodriguez Rojo , Matías J. Roncoroni , Simone Rossoni , Markus Roth , Esteban Roulet , Adrian Rovero , Philip Ruehl , Alexandra Saftoiu , Mohit Saharan , Francesco Salamida , Humberto Salazar , Gaetano Salina , Jose Sanabria Gomez , Federico Sánchez , Edivaldo Moura Santos , Eva Santos , Fred Sarazin , Raul Sarmento , Ricardo Sato , Pierpaolo Savina , Christoph M. Schäfer , Viviana Scherini , Harald Schieler , Martin Schimassek (2) , Michael Schimp , Felix Schlüter , David Schmidt , Olaf Scholten , Harm Schoorlemmer , Petr Schovánek , Frank G. Schröder , Josina Schulte , Tobias Schulz , Sergio Sciutto , Marina Scornavacche , Alberto Segreto , Srijan Sehgal , Shima Ujjani Shivashankara , Guenter Sigl , Gaia Silli , Octavian Sima , Raluca Smau , Radomir Šmída , Paul Sommers , Jorge F. Soriano , Ruben Squartini , Maximilian Stadelmaier , Denis Stanca , Samo Stanič , Jaroslaw Stasielak , Patrick Stassi (1) , Maximilian Straub , Alexander Streich , Mauricio Suárez-Durán , Tiina Suomijärvi (2) , A. Daniel Supanitsky , Zbigniew Szadkowski , Alex Tapia , Carla Taricco , Charles Timmermans , Olena Tkachenko , Petr Tobiska , Carlos J. Todero Peixoto , Bernardo Tomé , Zoé Torrès (1) , Andres Travaini , Petr Travnicek , Caterina Trimarelli , Matias Tueros , Ralf Ulrich , Michael Unger , Lukáš Vaclavek , Martin Vacula , Jose F. Valdés Galicia , Laura Valore , Enrique Varela , Adriana Vásquez-Ramírez , Darko Veberič , Cynthia Ventura , Indira D. Vergara Quispe , Valerio Verzi , Jakub Vicha , Jacco Vink , Serguei Vorobiov , Clara Watanabe , Alan Watson , Andreas Weindl , Lawrence Wiencke , Henryk Wilczyński , David Wittkowski , Brian Wundheiler , Alexey Yushkov , Orazio Zapparrata , Enrique Zas , Danilo Zavrtanik , Marko Zavrtanik
Adila Abdul Halim
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Danilo Zavrtanik
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Marko Zavrtanik
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Résumé

In this work we present the interpretation of the energy spectrum and mass composition data as measured by the Pierre Auger Collaboration above $6 \times 10^{17}$ eV. We use an astrophysical model with two extragalactic source populations to model the hardening of the cosmic-ray flux at around $5\times 10^{18}$ eV (the so-called "ankle" feature) as a transition between these two components. We find our data to be well reproduced if sources above the ankle emit a mixed composition with a hard spectrum and a low rigidity cutoff. The component below the ankle is required to have a very soft spectrum and a mix of protons and intermediate-mass nuclei. The origin of this intermediate-mass component is not well constrained and it could originate from either Galactic or extragalactic sources. To the aim of evaluating our capability to constrain astrophysical models, we discuss the impact on the fit results of the main experimental systematic uncertainties and of the assumptions about quantities affecting the air shower development as well as the propagation and redshift distribution of injected ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs).

Dates et versions

hal-03865088 , version 1 (22-11-2022)

Identifiants

Citer

Adila Abdul Halim, Pedro Abreu, Marco Aglietta, Ingomar Allekotte, Kevin Almeida Cheminant, et al.. Constraining the sources of ultra-high-energy cosmic rays across and above the ankle with the spectrum and composition data measured at the Pierre Auger Observatory. JCAP, 2023, 05, pp.024. ⟨10.1088/1475-7516/2023/05/024⟩. ⟨hal-03865088⟩
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