The flux suppression at the highest energies

Diego Harari

doi:10.1016/j.crhy.2014.02.011

Ultra-high-energy cosmic rays / Rayons cosmiques de ultra-haute énergie

The flux suppression at the highest energies
[La suppression du flux aux plus hautes énergies]

Diego Harari ¹

¹ Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, Argentina

Comptes Rendus. Physique, Volume 15 (2014) no. 4, pp. 376-383.

Résumé
Abstract

Voici presque un demi-siècle, Greisen, Zatsepin et Kuz'min (GZK) prédisaient, à des énergies d'environ $10^{20} eV$ , une « fin d'origine cosmologique » du spectre des rayons cosmiques en raison de leurs interactions avec le fond diffus cosmologique le long de leur parcours depuis des sources extragalactiques lointaines. La suppression du flux au-delà de $4 \times 10^{19} eV$ est aujourd'hui confirmée ; cependant, les données actuelles sont insuffisantes pour conclure quant à son origine. Est-elle due à une perte d'énergie lors de la propagation ? À la puissance limitée des accélérateurs astrophysiques ? Ou bien à une combinaison des propriétés des sources et des effets de propagation ? Nous présentons les relations entre l'infléchissement spectral observé et la composition des rayons cosmiques, les propriétés de leurs sources et la présence de champs magnétiques. Nous discutons des informations complémentaires nécessaires pour conclure sans ambiguïté quant à l'origine de la suppression du flux et aux mécanismes à l'origine de l'accélération des rayons cosmiques aux énergies les plus élevées observées.

Almost half a century ago, Greisen, Zatsepin and Kuz'min (GZK) predicted a “cosmologically meaningful termination” of the spectrum of cosmic rays at energies around $10^{20} eV$ due to their interaction with the cosmic microwave background, as they propagate from distant extragalactic sources. A suppression of the flux above $4 \times 10^{19} eV$ is now confirmed. We argue that current data are insufficient to conclude whether the observed feature is due to energy loss during propagation, or else to the fact that the astrophysical accelerators reach their limit, or indeed to a combination of both source properties and propagation effects. We discuss the dependence of the spectral steepening upon the cosmic-ray composition, source properties, and intervening magnetic fields, and speculate on the additional information that may be necessary to reach unambiguous conclusions about the origin of the flux suppression and of the mechanisms behind the acceleration of cosmic rays up to the highest observed energies.

Publié le : 2014-03-13

DOI : 10.1016/j.crhy.2014.02.011

Keywords: Cosmic rays, Ultra-high energies, GZK
Mot clés : Rayons cosmiques, Ultra-hautes énergies, GZK

Affiliations des auteurs :

Diego Harari ¹

¹ Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, Argentina

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Diego Harari. The flux suppression at the highest energies. Comptes Rendus. Physique, Volume 15 (2014) no. 4, pp. 376-383. doi : 10.1016/j.crhy.2014.02.011. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2014.02.011/

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