Filaments of galaxies as a clue to the origin of ultrahigh-energy cosmic rays
- PMID: 30613777
- PMCID: PMC6314826
- DOI: 10.1126/sciadv.aau8227
Filaments of galaxies as a clue to the origin of ultrahigh-energy cosmic rays
Abstract
Ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) are known to come from outside of our Galaxy, but their origin still remains unknown. The Telescope Array (TA) experiment recently identified a hotspot, that is, a high concentration of anisotropic arrival directions of UHECRs with energies above 5.7 Å ~ 1019 eV. We report here the presence of filaments of galaxies, connected to the Virgo Cluster, in the sky around the hotspot and a statistically significant correlation between hotspot events and the filaments. With 5-year TA data, the maximum significance of binomial statistics for the correlation is estimated to be 6.1σ at correlation angle 3.4°. The probability that the above significance appears by chance is ~2.0 × 10-8 (5.6σ). On the basis of this finding, we suggest a model for the origin of TA hotspot UHECRs; they are produced at sources in the Virgo Cluster, and escape to and propagate along filaments, before they are scattered toward us. This picture requires the filament magnetic fields of strength ≳ 20 nG, which need to be confirmed in future observations.
Figures






References
-
- Greisen K., End to the cosmic-ray spectrum? Phys. Rev. Lett. 16, 748–750 (1966).
-
- Zatsepin G. T., Kuz’min V. A., Upper limit of the spectrum of cosmic rays. J. Exp. Theor. Phys. Lett. 4, 78–80 (1966).
-
- Hillas A. M., The origin of ultra-high-energy cosmic rays. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 22, 425–444 (1984).
-
- Nagano M., Watson A. A., Observations and implications of the ultrahigh-energy cosmic rays. Rev. Mod. Phys. 72, 689–732 (2000).
-
- The Pierre Auger Collaboration, Abreu P., Aglietta M., Ahn E. J., Allard D., Allekotte I., Allen J., Alvarez Castillo J., Alvarez-Muñiz J., Ambrosio M., Aminaei A., Anchordoqui L., Andringa S., Antičić T., Anzalone A., Aramo C., Arganda E., Arisaka K., Arqueros F., Asorey H., Assis P., Aublin J., Ave M., Avenier M., Avila G., Bäcker T., Badagnani D., Balzer M., Barber K. B., Barbosa A. F., Bardenet R., Barroso S. L. C., Baughman B., Beatty J. J., Becker B. R., Becker K. H., Bellétoile A., Bellido J. A., Berat C., Bergmann T., Bertou X., Biermann P. L., Billoir P., Blanco F., Blanco M., Bleve C., Blümer H., Boháčová M., Boncioli D., Bonifazi C., Bonino R., Borodai N., Brack J., Brogueira P., Brown W. C., Bruijn R., Buchholz P., Bueno A., Burton R. E., Busca N. G., Caballero-Mora K. S., Caramete L., Caruso R., Castellina A., Catalano O., Cataldi G., Cazon L., Cester R., Chauvin J., Chiavassa A., Chinellato J. A., Chou A., Chudoba J., Clay R. W., Colombo E., Coluccia M. 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