Спектр космических лучей от точечного стационарного источника в модели неклассической диффузии
УДК 524.1-52, 53.05
Аннотация
Стационарный вариант модели распространения космических лучей в Галактике широко используется для интерпретации наблюдаемых спектров космических лучей. В работе проводится анализ возможности его применения в случае диффузии частиц в резко-неоднородной межзвездной среде. Получено аналитическое решение уравнения неклассической диффузии, выраженное через устойчивые распределения. Показано, что в стационарном случае не удается описать одну из основных особенностей наблюдаемого спектра космических лучей — излом. Установлено, что с ростом энергии убывание концентрации частиц происходит быстрее, чем в модели нормальной диффузии. Для понимания деталей возникновения этой разницы выполнен анализ модификации спектра при переходе от нестационарной модели к стационарной в случае импульсного источника. Исследовано влияние непрерывных потерь энергии частицами на форму спектра в стационарном варианте модели. Показано, что при E>102 ГэВ влиянием потерь энергии можно пренебречь. Сделаны выводы о применимости модели стационарной неклассической диффузии к описанию экспериментальных потоков космических лучей, наблюдаемых в окрестностях Земли.
Скачивания
Литература
Гинзбург В.Л., Сыроватский С.И. Происхождение космических лучей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 384 с.
Березинский В.С., Буланов С.В., Гинзбург В.Л. и др. Астрофизика космических лучей / под. ред. В.Л. Гинзбурга. Изд. 2-е. М.: Наука, 1990. 528 с.
Amato E., Blasi P. cosmic Ray Transport in the Galaxy: A Review // Advances in Space Research. 2018. Vol. 62. P. 2731.
Evoli c., Aloisio R., Blasi P. Galactic cosmic Rays after the AMS-02 Observations // Physical Review D. 2019. Vol. 99. Art. No 103023.
Ptuskin V.S., Rogovaya S.I., Zirakashvili V.N., et al. Diffusion and Drift of Very High Energy cosmic Rays in Galactic Magnetic Fields // Astronomy and Astrophysics. 1993. Vol. 268. P. 726-735.
Thoudam S. Origin of the Break in the cosmic-ray Electron Plus Positron Spectrum at ~1 TeV // Astronomy and Astrophysics. 2024. Vol. 690. Art. No A351.
Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука, 1975. 461 с.
Lagutin A.A., Uchaikin VV. Fractional Diffusion of cosmic Rays // Proceedings of the 27th IcRc (Germany, Hamburg: copernicus Gesellschaft). 2001. Vol. 5. P. 1896.
Lagutin A.A., Uchaikin V.V. Anomalous Diffusion Equation: Application to cosmic Ray Transport // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2003. Vol. 201. P. 212.
Lagutin A.A., Makarov V.V., Tyumentsev A.G. Anomalous Diffusion of the cosmic Rays: Steady State Solution // Proceedings ofthe 27th IcRc (Germany, Hamburg: copernicus Gesellschaft). 2001. Vol. 5. P. 1889.
Самко С.Г., Килбас А.А., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. Минск: Наука и техника, 1987, 688 с.
Lagutin A.A., Volkov N.V. Non-classical Diffusion of the cosmic Rays in the Galaxy: Retrieval of Primary Nuclei Spectra in Sources // Physics of Atomic Nuclei. 2021. Vol. 84. No 6. P. 975-984.
Lagutin A.A., Volkov N.V. Where are the Pevatrons that Form the Knee in the Spectrum of the cosmic Ray Nucleon component around 4 PeV? // Physics of Atomic Nuclei. 2023. Vol. 86. No 6. P. 1076-1082.
Uchaikin V.V., Zolotarev V.M. chance and Stability. Netherlands. Utrecht: VSP, 1999. 570 p.
References
Ginzburg V.L., Syrovatsky S.I. The Origin of Cosmic Ray. M.: the USSR Academy of sciences, 1963. 384 p. (In Russ.).
Berezinsky V.S., Bulanov S.V., Ginzburg V.L., et al. Astrophysics of Cosmic Rays. Ed. Ginzburg V.L. Ed. 2nd. M.: Nauka, 1990. 528 p. (In Russ.).
Amato E., Blasi P. cosmic Ray Transport in the Galaxy: A Review. Advances in Space Research. 2018. Vol. 62. P. 2731.
Evoli c., Aloisio R., Blasi P. Galactic cosmic Rays after the AMS-02 Observations. Physical Review D. 2019. Vol. 99. Art. No 103023.
Ptuskin V.S., Rogovaya S.I., Zirakashvili V.N. et al. Diffusion and Drift of Very High Energy cosmic Rays in Galactic Magnetic Fields. Astronomy and Astrophysics. 1993. Vol. 268. P. 726-735.
Thoudam S. Origin of the Break in the Cosmic-ray Electron Plus Positron Spectrum at ~1 TeV. Astronomy and Astrophysics. 2024. Vol. 690. Art. No A351.
Dorman L.I. Experimental and Theoretical Foundations of Cosmic Ray Astrophysics. M.: Nauka, 1975. 461 p. (In Russ.).
Lagutin A.A., Uchaikin V.V. Fractional Diffusion of Cosmic Rays. Proceedings of the 27th ICRC. Germany, Hamburg: Copernicus Gesellschaft. 2001. Vol. 5. P. 1896.
Lagutin A.A., Uchaikin V.V. Anomalous Diffusion Equation: Application to Cosmic Ray Transport. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2003. Vol. 201. P. 212.
Lagutin A.A., Makarov V. V., Tyumentsev A.G. Anomalous Diffusion of the Cosmic Rays: Steady State Solution. Proceedings of the 27th ICRC. Germany, Hamburg: Copernicus Gesellschaft. 2001. Vol. 5. P. 1889.
Samco S.G., Kilbas A.A., Marichev O.I. Fractional Integrals and Derivatives — Theory and Applications. New York: Gordon and Breach, 1993, 976 p. (In Russ.).
Lagutin A.A., Volkov N.V. Non-Classical Diffusion of the Cosmic Rays in the Galaxy: Retrieval of Primary Nuclei Spectra in Sources. Physics of Atomic Nuclei. 2021. Vol. 84. No 6. P. 975-984.
Lagutin A.A., Volkov N.V. Where are the Pevatrons that Form the Knee in the Spectrum of the Cosmic Ray Nucleon Component around 4 PeV? Physics of Atomic Nuclei. 2023. Vol. 86. No 6. P. 1076-1082.
Uchaikin V.V., Zolotarev VM. Chance and Stability. Netherlands. Utrecht: VSP, 1999. 570 p.
Copyright (c) 2025 Анатолий Алексеевич Лагутин, Николай Викторович Волков, Александр Григорьевич Тюменцев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
