مطالعه اندركنش پرتوهاي كيهاني بغايت پر انرژي با فوتون‌هاي پس زمينه كيهاني توسط كُد شبيه سازي CRPropa 3.0

nvestigation on UHECR Interactions with cosmic background photons using CRPropa 3.0

در اين مقاله با استفاده از كُد شبيه سازي CRPropa3.0 به بررسي طيف ذرات ثانويه توليد شده در اندركنش پرتوهاي كيهاني بغايت پر انرژي، با فوتون‌هاي پس زمينه مي‌پردازيم. اندركنش ها براي اوليه هاي آهن و پروتون، و در محدوده انرژي 1018 تا eV 1021 بررسي شده‌اند. تاثير تغيير انرژي ذرات اوليه، و شاخص طيفي منبع بر روي طيف فوتون‌ها و الكترون‌هاي ثانويه توليد شده توسط پرتوهاي اوليه آهن و پروتون، در اندركنش‌هاي توليد فوتوپايون، واپاشي بتا و توليد زوج، مورد بررسي قرار گرفت. همچنين سهم هريك اندركنش‌ها از انرژي كل پرتوهاي اوليه با تغيير اين كميت ها بررسي شد. . مشاهده شد كه در اوليه‌هاي آهن تعداد و ميانگين انرژي ذرات ثانويه توليد شده در فوتوپايون، از ثانويه هاي پروتون كمتر است ولي ذرات حاصل از واپاشي بتا و توليد زوج در اوليه هاي آهن بيشتر است. براي هر دو اوليه، با كاهش كمينه انرژي ذرات اوليه، سهم اندركنش هاي توليد پايون و واپاشي بتا از انرژي كل پرتوهاي اوليه كاهش مي‌يابد ولي سهم توليد زوج افزايش مي‌يابد. همچنين با افزايش شاخص طيفي، به دليل كاهش شديد ذرات پرانرژي اوليه طيف ذرات حاصل از تمام اندركنش‌ها و همچنين سهم انرژي همه آنها از انرژي كل اوليه، كاهش مي‌يابد.

In this paper using simulation code CRPropa3.0, the propagation of 104 primary cosmic rays of proton and iron with energy range of 1018 to 1021 eV have been simulated. The spectra of the secondary photons and electron- positrons generated in the interactions of ultra- high energy cosmic rays (UHECRs) with cosmic background photons are investigated. The photon and electron spectra considered here are generated in photopion production, beta decay, and pair production. The minimum energy of primaries and the spectral index of source injection is changed separately and the effect of these changes on the spectra is investigated. Also, the total primary energy percent which transfers to secondaries, is calculated. It is found that for both primaries, lowering the minimum energy of the primaries, causes decreasing of the secondaries flux, this also results to the decrease of the total energy percent carried by beta and photopion products and the increase of the energy percent of pair production. Finally, in is shown that by increasing the spectral index, the flux and the energy percent of all scondaries decreases for proton and iron primaries.