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Article Dans Une Revue JCAP Année : 2024

Constraining models for the origin of ultra-high-energy cosmic rays with a novel combined analysis of arrival directions, spectrum, and composition data measured at the Pierre Auger Observatory

Adila Abdul Halim , Pedro Abreu , Marco Aglietta , Ingomar Allekotte , Kevin Almeida Cheminant , Alejandro Almela , Roberto Aloisio , 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 , Adriel Bartz Mocellin , Jose A Bellido , Corinne Berat (1) , Mario Edoardo Bertaina , Gopal Bhatta , Marta Bianciotto , 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 , P. Gabriel Brichetto Orchera , Florian Lukas Briechle , 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 , Fabio Convenga , Diego Correia dos Santos , Pedro J Costa , 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 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Guedes , Eleonora Guido , Steffen Hahn , Petr Hamal , Matías Rolf Hampel , Patricia Hansen , Diego Harari , Violet M Harvey , Andreas Haungs , Thomas Hebbeker , 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 , Felix Knapp , Norbert Kunka , Bruno L Lago , Niklas Langner , Marcelo Augusto Leigui de Oliveira , Yago Lema-Capeans , Vladimir Lenok , Antoine Letessier-Selvon (3) , Isabelle Lhenry-Yvon (2) , Domenico Lo Presti , Luis Lopes , Lu Lu , Quentin Luce , Jon Paul Lundquist , Allan Machado Payeras , Margita Majercakova , Dusan Mandat , Bradley C Manning , Paul Mantsch , Sullivan Marafico (2) , Federico Maria Mariani , Analisa Mariazzi , Ioana Mariş , Giovanni Marsella , Daniele Martello , Sara Martinelli , Oscar Martínez Bravo , 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Pont , Mart Pothast , Mohsen Pourmohammad Shahvar , 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 , Ezequiel Rodriguez , Jorge Rubén Rodriguez Rojo , Matías J Roncoroni , Simone Rossoni , Markus Roth , 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 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Daniel Supanitsky , Zuzana Svozilikova , 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 , 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 , Jilek Vlastimil , Serguei Vorobiov , Clara Watanabe , Alan Watson , Andreas Weindl , Lawrence Wiencke , Henryk Wilczyński , David Wittkowski , Brian Wundheiler , Babobiao Yue , Alexey Yushkov , Orazio Zapparrata , Enrique Zas , Danilo Zavrtanik , Marko Zavrtanik
Adila Abdul Halim
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Lawrence Wiencke
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Henryk Wilczyński
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David Wittkowski
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Brian Wundheiler
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Babobiao Yue
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Alexey Yushkov
  • Fonction : Auteur
Orazio Zapparrata
  • Fonction : Auteur
Enrique Zas
  • Fonction : Auteur
Danilo Zavrtanik
  • Fonction : Auteur
Marko Zavrtanik
  • Fonction : Auteur

Résumé

The combined fit of the measured energy spectrum and shower maximum depth distributions of ultra-high-energy cosmic rays is known to constrain the parameters of astrophysical models with homogeneous source distributions. Studies of the distribution of the cosmic-ray arrival directions show a better agreement with models in which a fraction of the flux is non-isotropic and associated with the nearby radio galaxy Centaurus A or with catalogs such as that of starburst galaxies. Here, we present a novel combination of both analyses by a simultaneous fit of arrival directions, energy spectrum, and composition data measured at the Pierre Auger Observatory. We find that a model containing a flux contribution from the starburst galaxy catalog of around 20% at 40 EeV with a magnetic field blurring of around $20^\circ$ for a rigidity of 10 EV provides a fair simultaneous description of all three observables. The starburst galaxy model is favored with a significance of $4.5\sigma$ (considering experimental systematic effects) compared to a reference model with only homogeneously distributed background sources. By investigating a scenario with Centaurus A as a single source in combination with the homogeneous background, we confirm that this region of the sky provides the dominant contribution to the observed anisotropy signal. Models containing a catalog of jetted active galactic nuclei whose flux scales with the $\gamma$-ray emission are, however, disfavored as they cannot adequately describe the measured arrival directions.

Dates et versions

hal-04121887 , version 1 (08-06-2023)

Identifiants

Citer

Adila Abdul Halim, Pedro Abreu, Marco Aglietta, Ingomar Allekotte, Kevin Almeida Cheminant, et al.. Constraining models for the origin of ultra-high-energy cosmic rays with a novel combined analysis of arrival directions, spectrum, and composition data measured at the Pierre Auger Observatory. JCAP, 2024, 01, pp.022. ⟨10.1088/1475-7516/2024/01/022⟩. ⟨hal-04121887⟩
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