Astrophysical interpretation of Pierre Auger Observatory measurements of the UHECR energy spectrum and mass composition

Di Matteo, Armando; Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Ahn, E. J.; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Allison, P.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez MuÃ±iz, J.; Ambrosio, M.; Anastasi, G. A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Arqueros, F.; Arsene, N.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J.; Avila, G.; Badescu, A. M.; Balaceanu, A.; Baus, C.; Beatty, J. J.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Berat, C.; Bertaina, M. E.; Bertou, X.; Biermann, P. L.; Billoir, P.; Biteau, J.; Blaess, S. G.; Blanco, A.; Blazek, J.; Bleve, C.; Bohã¡äovã¡, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Borodai, N.; Botti, A. M.; Brack, J.; Brancus, I.; Bretz, T.; Bridgeman, A.; Briechle, F. L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero Mora, K. S.; Caccianiga, B.; Caccianiga, L.; Cancio, A.; Canfora, F.; Caramete, L.; Caruso, R.; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A. G.; Chiavassa, A.; Chinellato, J. A.; Chudoba, J.; Clay, R. W.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Collica, L.; Coluccia, M. R.; Conceiã§ã£o, R.; Contreras, F.; Cooper, M. J.; Coutu, S.; Covault, C. E.; Cronin, J.; Dallier, R.; D'Amico, S.; Daniel, B.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B. R.; De Almeida, R. M.; De Jong, S. J.; De Mauro, G.; De Mello Neto, J. R. T.; De Mitri, I.; De Oliveira, J.; De Souza, V.; Debatin, J.; Del Peral, L.; Deligny, O.; Di Giulio, C.; DÃ­az Castro, M. L.; Diogo, F.; Dobrigkeit, C.; D'Olivo, J. C.; Dorofeev, A.; Dos Anjos, R. C.; Dova, M. T.; Dundovic, A.; Ebr, J.; Engel, R.; Erdmann, M.; Erfani, M.; Escobar, C. O.; Espadanal, J.; Etchegoyen, A.; Falcke, H.; Fang, K.; Farrar, G.; Fauth, A. C.; Fazzini, N.; Fick, B.; Figueira, J. M.; Filevich, A.; Filipäiä, A.; Fratu, O.; Freire, M. M.; Fujii, T.; Fuster, A.; Garcã­a, B.; Garcia Pinto, D.; Gatã©, F.; Gemmeke, H.; Gherghel Lascu, A.; Ghia, P. L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Gåas, D.; Glaser, C.; Glass, H.; Golup, G.; GÃ³mez Berisso, M.; GÃ³mez Vitale, P. F.; Gonzã¡lez, N.; Gookin, B.; Gordon, J.; Gorgi, A.; Gorham, P.; Gouffon, P.; Grillo, A. F.; Grubb, T. D.; Guarino, F.; Guedes, G. P.; Hampel, M. R.; Hansen, P.; Harari, D.; Harrison, T. A.; Harton, J. L.; Hasankiadeh, Q.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Heimann, P.; Herve, A. E.; Hill, G. C.; Hojvat, C.; Holt, E.; Homola, P.; Hã¶randel, J. R.; Horvath, P.; Hrabovskã½, M.; Huege, T.; Hulsman, J.; Insolia, A.; Isar, P. G.; Jandt, I.; Jansen, S.; Johnsen, J. A.; Josebachuili, M.; Kã¤ã¤pã¤, A.; Kambeitz, O.; Kampert, K. H.; Kasper, P.; Katkov, I.; Keilhauer, B.; Kemp, E.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Kuempel, D.; Kukec Mezek, G.; Kunka, N.; Kuotb Awad, A.; Lahurd, D.; Latronico, L.; Lauscher, M.; Lautridou, P.; Lebrun, P.; Legumina, R.; Leigui De Oliveira, M. A.; Letessier Selvon, A.; Lhenry Yvon, I.; Link, K.; Lopes, L.; Lã³pez, R.; LÃ³pez Casado, A.; Luce, Q.; Lucero, A.; Malacari, M.; Mallamaci, M.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A. G.; Mariå, I. C.; Marsella, G.; Martello, D.; Martinez, H.; MartÃ­nez Bravo, O.; MasÃ­as Meza, J. J.; Mathes, H. J.; Mathys, S.; Matthews, J.; Matthews, J. A. J.; Matthiae, G.; Mayotte, E.; Mazur, P. O.; Medina, C.; Medina Tanco, G.; Melo, D.; Menshikov, A.; Messina, S.; Micheletti, M. I.; Middendorf, L.; Minaya, I. A.; Miramonti, L.; Mitrica, B.; Mockler, D.; Molina Bueno, L.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafã¡, M.; Mã¼ller, G.; Muller, M. A.; Mã¼ller, S.; Naranjo, I.; Navas, S.; Nellen, L.; Neuser, J.; Nguyen, P. H.; Niculescu Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Niemietz, L.; Niggemann, T.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Noå¾ka, H.; Nãºã±ez, L. A.; Ochilo, L.; Oikonomou, F.; Olinto, A.; Pakk Selmi Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pè©kala, J.; Pelayo, R.; PeÃ±a Rodriguez, J.; Pereira, L. A. S.; Perrone, L.; Peters, C.; Petrera, Sergio; Phuntsok, J.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pieroni, P.; Pimenta, M.; Pirronello, V.; Platino, M.; Plum, M.; Porowski, C.; Prado, R. R.; Privitera, P.; Prouza, M.; Quel, E. J.; Querchfeld, S.; Quinn, S.; Ramos Pollant, R.; Rautenberg, J.; Ravel, O.; Ravignani, D.; Reinert, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; Risse, M.; Ristori, P.; Rizi, Vincenzo; De Carvalho, W. Rodrigues; Rodriguez Fernandez, G.; Rodriguez Rojo, J.; RodrÃ­guez FrÃ­as, M. D.; Rogozin, D.; Rosado, J.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Saffi, S. J.; Saftoiu, A.; Salazar, H.; Saleh, A.; Salesa Greus, F.; Salina, G.; Sanabria Gomez, J. D.; Sã¡nchez, F.; Sanchez Lucas, P.; Santos, E. M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sarmiento Cano, C.; Sato, R.; Scarso, C.; Schauer, M.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schovã¡nek, P.; Schrã¶der, F. G.; Schulz, A.; Schulz, J.; Schumacher, J.; Sciutto, S. J.; Segreto, A.; Settimo, M.; Shadkam, A.; Shellard, R. C.; Sigl, G.; Silli, G.; Sima, O.; Åmiaåkowski, A.; Å mã­da, R.; Snow, G. R.; Sommers, P.; Sonntag, S.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Stanca, D.; Staniä, S.; Stasielak, J.; Strafella, F.; Suarez, F.; Suarez DurÃ¡n, M.; Sudholz, T.; Suomijã¤rvi, T.; Supanitsky, A. D.; Sutherland, M. S.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Taborda, O. A.; Tapia, A.; Tepe, A.; Theodoro, V. M.; Timmermans, C.; Todero Peixoto, C. J.; Tomankova, L.; Tomã©, B.; Tonachini, A.; Torralba Elipe, G.; Torres Machado, D.; Torri, M.; Travnicek, P.; Trini, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Valbuena Delgado, A.; ValdÃ©s Galicia, J. F.; Valiã±o, I.; Valore, L.; Van Aar, G.; Van Bodegom, P.; Van Den Berg, A. M.; Van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas CÃ¡rdenas, B.; Varner, G.; Vã¡zquez, J. R.; Vã¡zquez, R. A.; Veberiä, D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Villaseã±or, L.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Wainberg, O.; Walz, D.; Watson, A. A.; Weber, M.; Weindl, A.; Wiencke, L.; Wilczyåski, H.; Winchen, T.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Wykes, S.; Yang, L.; Yelos, D.; Yushkov, A.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zepeda, A.; Zimmermann, B.; Ziolkowski, M.; Zong, Z.; Zuccarello, F.

doi:10.1051/epjconf/201713602002

We present a combined fit of a simple astrophysical model of UHECR sources to both the energy spectrum and mass composition data measured by the Pierre Auger Observatory. The fit has been performed for energies above 5 EeV, i.e. the region of the all-particle spectrum above the so-called "ankle"' feature. The astrophysical model we adopted consists of identical sources uniformly distributed in a comoving volume, where nuclei are accelerated with a rigidity-dependent mechanism. The fit results suggest sources characterized by relatively low maximum injection energies and hard spectral indices. The impact of various systematic uncertainties on the above result is discussed.

Astrophysical interpretation of Pierre Auger Observatory measurements of the UHECR energy spectrum and mass composition

Di Matteo, Armando;Aab, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Ahn, E. J.;Al Samarai, I.;Albuquerque, I. F. M.;Allekotte, I.;Allison, P.;Almela, A.;Alvarez Castillo, J.;Alvarez MuÃ±iz, J.;Ambrosio, M.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.;Andrada, B.;Andringa, S.;Aramo, C.;Arqueros, F.;Arsene, N.;Asorey, H.;Assis, P.;Aublin, J.;Avila, G.;Badescu, A. M.;Balaceanu, A.;Baus, C.;Beatty, J. J.;Becker, K. H.;Bellido, J. A.;Berat, C.;Bertaina, M. E.;Bertou, X.;Biermann, P. L.;Billoir, P.;Biteau, J.;Blaess, S. G.;Blanco, A.;Blazek, J.;Bleve, C.;Bohã¡äovã¡, M.;Boncioli, D.;Bonifazi, C.;Borodai, N.;Botti, A. M.;Brack, J.;Brancus, I.;Bretz, T.;Bridgeman, A.;Briechle, F. L.;Buchholz, P.;Bueno, A.;Buitink, S.;Buscemi, M.;Caballero Mora, K. S.;Caccianiga, B.;Caccianiga, L.;Cancio, A.;Canfora, F.;Caramete, L.;Caruso, R.;Castellina, A.;Cataldi, G.;Cazon, L.;Cester, R.;Chavez, A. G.;Chiavassa, A.;Chinellato, J. A.;Chudoba, J.;Clay, R. W.;Colalillo, R.;Coleman, A.;Collica, L.;Coluccia, M. R.;Conceiã§ã£o, R.;Contreras, F.;Cooper, M. J.;Coutu, S.;Covault, C. E.;Cronin, J.;Dallier, R.;D'Amico, S.;Daniel, B.;Dasso, S.;Daumiller, K.;Dawson, B. R.;De Almeida, R. M.;De Jong, S. J.;De Mauro, G.;De Mello Neto, J. R. T.;De Mitri, I.;De Oliveira, J.;De Souza, V.;Debatin, J.;Del Peral, L.;Deligny, O.;Di Giulio, C.;DÃaz Castro, M. L.;Diogo, F.;Dobrigkeit, C.;D'Olivo, J. C.;Dorofeev, A.;Dos Anjos, R. C.;Dova, M. T.;Dundovic, A.;Ebr, J.;Engel, R.;Erdmann, M.;Erfani, M.;Escobar, C. O.;Espadanal, J.;Etchegoyen, A.;Falcke, H.;Fang, K.;Farrar, G.;Fauth, A. C.;Fazzini, N.;Fick, B.;Figueira, J. M.;Filevich, A.;Filipäiä, A.;Fratu, O.;Freire, M. M.;Fujii, T.;Fuster, A.;Garcãa, B.;Garcia Pinto, D.;Gatã©, F.;Gemmeke, H.;Gherghel Lascu, A.;Ghia, P. L.;Giaccari, U.;Giammarchi, M.;Giller, M.;Gåas, D.;Glaser, C.;Glass, H.;Golup, G.;GÃ³mez Berisso, M.;GÃ³mez Vitale, P. F.;Gonzã¡lez, N.;Gookin, B.;Gordon, J.;Gorgi, A.;Gorham, P.;Gouffon, P.;Grillo, A. F.;Grubb, T. D.;Guarino, F.;Guedes, G. P.;Hampel, M. R.;Hansen, P.;Harari, D.;Harrison, T. A.;Harton, J. L.;Hasankiadeh, Q.;Haungs, A.;Hebbeker, T.;Heck, D.;Heimann, P.;Herve, A. E.;Hill, G. C.;Hojvat, C.;Holt, E.;Homola, P.;Hã¶randel, J. R.;Horvath, P.;Hrabovskã½, M.;Huege, T.;Hulsman, J.;Insolia, A.;Isar, P. G.;Jandt, I.;Jansen, S.;Johnsen, J. A.;Josebachuili, M.;Kã¤ã¤pã¤, A.;Kambeitz, O.;Kampert, K. H.;Kasper, P.;Katkov, I.;Keilhauer, B.;Kemp, E.;Kieckhafer, R. M.;Klages, H. O.;Kleifges, M.;Kleinfeller, J.;Krause, R.;Krohm, N.;Kuempel, D.;Kukec Mezek, G.;Kunka, N.;Kuotb Awad, A.;Lahurd, D.;Latronico, L.;Lauscher, M.;Lautridou, P.;Lebrun, P.;Legumina, R.;Leigui De Oliveira, M. A.;Letessier Selvon, A.;Lhenry Yvon, I.;Link, K.;Lopes, L.;Lã³pez, R.;LÃ³pez Casado, A.;Luce, Q.;Lucero, A.;Malacari, M.;Mallamaci, M.;Mandat, D.;Mantsch, P.;Mariazzi, A. G.;Mariå, I. C.;Marsella, G.;Martello, D.;Martinez, H.;MartÃnez Bravo, O.;MasÃas Meza, J. J.;Mathes, H. J.;Mathys, S.;Matthews, J.;Matthews, J. A. J.;Matthiae, G.;Mayotte, E.;Mazur, P. O.;Medina, C.;Medina Tanco, G.;Melo, D.;Menshikov, A.;Messina, S.;Micheletti, M. I.;Middendorf, L.;Minaya, I. A.;Miramonti, L.;Mitrica, B.;Mockler, D.;Molina Bueno, L.;Mollerach, S.;Montanet, F.;Morello, C.;Mostafã¡, M.;Mã¼ller, G.;Muller, M. A.;Mã¼ller, S.;Naranjo, I.;Navas, S.;Nellen, L.;Neuser, J.;Nguyen, P. H.;Niculescu Oglinzanu, M.;Niechciol, M.;Niemietz, L.;Niggemann, T.;Nitz, D.;Nosek, D.;Novotny, V.;Noå¾ka, H.;Nãºã±ez, L. A.;Ochilo, L.;Oikonomou, F.;Olinto, A.;Pakk Selmi Dei, D.;Palatka, M.;Pallotta, J.;Papenbreer, P.;Parente, G.;Parra, A.;Paul, T.;Pech, M.;Pedreira, F.;Pè©kala, J.;Pelayo, R.;PeÃ±a Rodriguez, J.;Pereira, L. A. S.;Perrone, L.;Peters, C.;PETRERA, SERGIO;Phuntsok, J.;Piegaia, R.;Pierog, T.;Pieroni, P.;Pimenta, M.;Pirronello, V.;Platino, M.;Plum, M.;Porowski, C.;Prado, R. R.;Privitera, P.;Prouza, M.;Quel, E. J.;Querchfeld, S.;Quinn, S.;Ramos Pollant, R.;Rautenberg, J.;Ravel, O.;Ravignani, D.;Reinert, D.;Revenu, B.;Ridky, J.;Risse, M.;Ristori, P.;RIZI, VINCENZO;De Carvalho, W. Rodrigues;Rodriguez Fernandez, G.;Rodriguez Rojo, J.;RodrÃguez FrÃas, M. D.;Rogozin, D.;Rosado, J.;Roth, M.;Roulet, E.;Rovero, A. C.;Saffi, S. J.;Saftoiu, A.;Salazar, H.;Saleh, A.;Salesa Greus, F.;Salina, G.;Sanabria Gomez, J. D.;Sã¡nchez, F.;Sanchez Lucas, P.;Santos, E. M.;Santos, E.;Sarazin, F.;Sarkar, B.;Sarmento, R.;Sarmiento Cano, C.;Sato, R.;Scarso, C.;Schauer, M.;Scherini, V.;Schieler, H.;Schmidt, D.;Scholten, O.;Schovã¡nek, P.;Schrã¶der, F. G.;Schulz, A.;Schulz, J.;Schumacher, J.;Sciutto, S. J.;Segreto, A.;Settimo, M.;Shadkam, A.;Shellard, R. C.;Sigl, G.;Silli, G.;Sima, O.;Åmiaåkowski, A.;Å mãda, R.;Snow, G. R.;Sommers, P.;Sonntag, S.;Sorokin, J.;Squartini, R.;Stanca, D.;Staniä, S.;Stasielak, J.;Strafella, F.;Suarez, F.;Suarez DurÃ¡n, M.;Sudholz, T.;Suomijã¤rvi, T.;Supanitsky, A. D.;Sutherland, M. S.;Swain, J.;Szadkowski, Z.;Taborda, O. A.;Tapia, A.;Tepe, A.;Theodoro, V. M.;Timmermans, C.;Todero Peixoto, C. J.;Tomankova, L.;Tomã©, B.;Tonachini, A.;Torralba Elipe, G.;Torres Machado, D.;Torri, M.;Travnicek, P.;Trini, M.;Ulrich, R.;Unger, M.;Urban, M.;Valbuena Delgado, A.;ValdÃ©s Galicia, J. F.;Valiã±o, I.;Valore, L.;Van Aar, G.;Van Bodegom, P.;Van Den Berg, A. M.;Van Vliet, A.;Varela, E.;Vargas CÃ¡rdenas, B.;Varner, G.;Vã¡zquez, J. R.;Vã¡zquez, R. A.;Veberiä, D.;Verzi, V.;Vicha, J.;Villaseã±or, L.;Vorobiov, S.;Wahlberg, H.;Wainberg, O.;Walz, D.;Watson, A. A.;Weber, M.;Weindl, A.;Wiencke, L.;Wilczyåski, H.;Winchen, T.;Wittkowski, D.;Wundheiler, B.;Wykes, S.;Yang, L.;Yelos, D.;Yushkov, A.;Zas, E.;Zavrtanik, D.;Zavrtanik, M.;Zepeda, A.;Zimmermann, B.;Ziolkowski, M.;Zong, Z.;Zuccarello, F.

2017-01-01

Abstract

We present a combined fit of a simple astrophysical model of UHECR sources to both the energy spectrum and mass composition data measured by the Pierre Auger Observatory. The fit has been performed for energies above 5 EeV, i.e. the region of the all-particle spectrum above the so-called "ankle"' feature. The astrophysical model we adopted consists of identical sources uniformly distributed in a comoving volume, where nuclei are accelerated with a rigidity-dependent mechanism. The fit results suggest sources characterized by relatively low maximum injection energies and hard spectral indices. The impact of various systematic uncertainties on the above result is discussed.