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Anisotropy and chemical composition of ultra-high energy cosmic rays using arrival directions measured by the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Collaboration has reported evidence for anisotropy in the distribution of arrival directions of the cosmic rays with energies $E>E_{th}=5.5\times 10^{19}$ eV. These show a correlation with the distribution of nearby extragalactic objects, including an apparent excess around the direction of Centaurus A. If the particles responsible for these excesses at $E>E_{th}$ are heavy nuclei with charge $Z$, the proton component of the sources should lead to excesses in the same regions at energies $E/Z$. We here report the lack of anisotropies in these directions at energies above $E_{th}/Z$ (for illustrative values of $Z=6,\ 13,\ 26$). If the anisotropies above $E_{th}$ are due to nuclei with charge $Z$, and under reasonable assumptions about the acceleration process, these observations imply stringent constraints on the allowed proton fraction at the lower energies.

preprint2011arXivOpen access
The Pierre Auger CollaborationP. AbreuM. AgliettaE. J. AhnI. F. M. AlbuquerqueD. AllardI. AllekotteJ. AllenP. AllisonJ. Alvarez CastilloJ. Alvarez-MuñizM. AmbrosioA. AminaeiL. AnchordoquiS. AndringaT. AntičićA. AnzaloneC. AramoE. ArgandaF. ArquerosH. AsoreyP. AssisJ. AublinM. AveM. AvenierG. AvilaT. BäckerM. BalzerK. B. BarberA. F. BarbosaR. BardenetS. L. C. BarrosoB. BaughmanJ. BäumlJ. J. BeattyB. R. BeckerK. H. BeckerA. BellétoileJ. A. BellidoS. BenZviC. BeratX. BertouP. L. BiermannP. BilloirF. BlancoM. BlancoC. BleveH. BlümerM. BoháčováD. BoncioliC. BonifaziR. BoninoN. BorodaiJ. BrackP. BrogueiraW. C. BrownR. BruijnP. BuchholzA. BuenoR. E. BurtonK. S. Caballero-MoraL. CarameteR. CarusoA. CastellinaO. CatalanoG. CataldiL. CazonR. CesterJ. ChauvinS. H. ChengA. ChiavassaJ. A. ChinellatoA. ChouJ. ChudobaR. W. ClayM. R. ColucciaR. ConceiçãoF. ContrerasH. CookM. J. CooperJ. CoppensA. CordierU. CottiS. CoutuC. E. CovaultA. CreusotA. CrissJ. CroninA. CurutiuS. Dagoret-CampagneR. DallierS. DassoK. DaumillerB. R. DawsonR. M. de AlmeidaM. De DomenicoC. De DonatoS. J. de JongG. De La VegaW. J. M. de Mello JuniorJ. R. T. de Mello NetoI. De MitriV. de SouzaK. D. de VriesG. DecerpritL. del PeralO. DelignyH. DembinskiN. DhitalC. Di GiulioJ. C. DiazM. L. Díaz CastroP. N. DiepC. DobrigkeitW. DoctersJ. C. D'OlivoP. N. DongA. DorofeevJ. C. dos AnjosM. T. DovaD. D'UrsoI. DutanJ. EbrR. EngelM. ErdmannC. O. EscobarA. EtchegoyenP. Facal San LuisI. Fajardo TapiaH. FalckeG. FarrarA. C. FauthN. FazziniA. P. FergusonA. FerreroB. FickA. FilevichA. FilipčičS. FliescherC. E. FracchiollaE. D. FraenkelU. FröhlichB. FuchsR. GaiorR. F. GamarraS. GambettaB. GarcíaD. García GámezD. Garcia-PintoA. GasconH. GemmekeK. GesterlingP. L. GhiaU. GiaccariM. GillerH. GlassM. S. GoldG. GolupF. Gomez AlbarracinM. Gómez BerissoP. GonçalvesD. GonzalezJ. G. GonzalezB. GookinD. GóraA. GorgiP. GouffonS. R. GozziniE. GrashornS. GrebeN. GriffithM. GrigatA. F. GrilloY. GuardincerriF. GuarinoG. P. GuedesA. GuzmanJ. D. HagueP. HansenD. HarariS. HarmsmaJ. L. HartonA. HaungsT. HebbekerD. HeckA. E. HerveC. HojvatN. HollonV. C. HolmesP. HomolaJ. R. HörandelA. HornefferM. HrabovskýT. HuegeA. InsoliaF. IonitaA. ItalianoC. JarneS. JiraskovaK. KadijaK. H. KampertP. KarhanP. KasperB. KéglB. KeilhauerA. KeivaniJ. L. KelleyE. KempR. M. KieckhaferH. O. KlagesM. KleifgesJ. KleinfellerJ. KnappD. -H. KoangK. KoteraN. KrohmO. KrömerD. Kruppke-HansenF. KuehnD. KuempelJ. K. KulbartzN. KunkaG. La RosaC. LachaudP. LautridouM. S. A. B. LeãoD. LebrunP. LebrunM. A. Leigui de OliveiraA. LemiereA. Letessier-SelvonI. Lhenry-YvonK. Link R. LópezA. Lopez AgüeraK. LouedecJ. Lozano BahiloA. LuceroM. LudwigH. LyberisM. C. MaccaroneC. MacolinoS. MalderaD. MandatP. MantschA. G. MariazziJ. MarinV. MarinI. C. MarisH. R. Marquez FalconG. MarsellaD. MartelloL. MartinH. MartinezO. Martínez BravoH. J. MathesJ. MatthewsJ. A. J. MatthewsG. MatthiaeD. MaurizioP. O. MazurG. Medina-TancoM. MelissasD. MeloE. MenichettiA. MenshikovP. MertschC. MeurerS. MićanovićM. I. MichelettiW. MillerL. MiramontiS. MollerachM. MonasorD. Monnier RagaigneF. MontanetB. MoralesC. MorelloE. MorenoJ. C. MorenoC. MorrisM. MostafáC. A. MouraS. MuellerM. A. MullerG. MüllerM. MünchmeyerR. MussaG. NavarraJ. L. NavarroS. NavasP. NecesalL. NellenA. NellesP. T. NhungL. NiemietzN. NierstenhoeferD. NitzD. NosekL. NožkaM. NyklicekJ. OehlschlägerA. OlintoP. OlivaV. M. Olmos-GilbajaM. OrtizN. PachecoD. Pakk Selmi-DeiM. PalatkaJ. PallottaN. PalmieriG. ParenteE. ParizotA. ParraR. D. ParsonsS. PastorT. PaulM. PechJ. PȩkalaR. PelayoI. M. PepeL. PerroneR. PesceE. PetermannS. PetreraP. PetrincaA. PetroliniY. PetrovJ. PetrovicC. PfendnerN. PhanR. PiegaiaT. PierogP. PieroniM. PimentaV. PirronelloM. PlatinoV. H. PonceM. PontzP. PriviteraM. ProuzaE. J. QuelS. QuerchfeldJ. RautenbergO. RavelD. RavignaniB. RevenuJ. RidkyS. RiggiM. RisseP. RistoriH. RiveraV. RiziJ. RobertsC. RobledoW. Rodrigues de CarvalhoG. RodriguezJ. Rodriguez MartinoJ. Rodriguez RojoI. Rodriguez-CaboM. D. Rodríguez-FríasG. RosJ. RosadoT. RosslerM. RothB. Rouillé-d'OrfeuilE. RouletA. C. RoveroC. RühleF. SalamidaH. SalazarG. SalinaF. SánchezM. SantanderC. E. SantoE. SantosE. M. SantosF. SarazinB. SarkarS. SarkarR. SatoN. ScharfV. ScheriniH. SchielerP. SchifferA. SchmidtF. SchmidtT. SchmidtO. ScholtenH. SchoorlemmerJ. SchovancovaP. SchovánekF. SchröderS. SchulteD. SchusterS. J. SciuttoM. ScuderiA. SegretoM. SettimoA. ShadkamR. C. ShellardI. SidelnikG. SiglH. H. Silva LopezA. ŚmiałkowskiR. ŠmídaG. R. SnowP. SommersJ. SorokinH. SpinkaR. SquartiniJ. StapletonJ. StasielakM. StephanE. StrazzeriA. StutzF. SuarezT. SuomijärviA. D. SupanitskyT. ŠušaM. S. SutherlandJ. SwainZ. SzadkowskiM. SzubaA. TamashiroA. TapiaM. TartareO. TaşcăuC. G. Tavera RuizR. TcaciucD. TegoloN. T. ThaoD. ThomasJ. TiffenbergC. TimmermansD. K. TiwariW. TkaczykC. J. Todero PeixotoB. ToméA. TonachiniP. TravnicekD. B. TridapalliG. TristramE. TrovatoM. TuerosR. UlrichM. UngerM. UrbanJ. F. Valdés GaliciaI. ValiñoL. ValoreA. M. van den BergE. VarelaB. Vargas CárdenasJ. R. VázquezR. A. VázquezD. VeberičV. VerziJ. VichaM. VidelaL. VillaseñorH. WahlbergP. WahrlichO. WainbergD. WarnerA. A. WatsonM. WeberK. WeidenhauptA. WeindlS. WesterhoffB. J. WhelanG. WieczorekL. WienckeB. WilczyńskaH. WilczyńskiM. WillC. WilliamsT. WinchenL. WindersM. G. WinnickM. WommerB. WundheilerT. YamamotoT. YapiciP. YounkG. YuanA. YushkovB. ZamoranoE. ZasD. ZavrtanikM. ZavrtanikI. ZawA. ZepedaM. Ziolkowski

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The Pierre Auger CollaborationP. AbreuM. AgliettaE. J. AhnI. F. M. AlbuquerqueD. AllardI. AllekotteJ. AllenP. AllisonJ. Alvarez CastilloJ. Alvarez-MuñizM. AmbrosioA. AminaeiL. AnchordoquiS. AndringaT. AntičićA. AnzaloneC. AramoE. ArgandaF. ArquerosH. AsoreyP. AssisJ. AublinM. AveM. AvenierG. AvilaT. BäckerM. BalzerK. B. BarberA. F. BarbosaR. BardenetS. L. C. BarrosoB. BaughmanJ. BäumlJ. J. BeattyB. R. BeckerK. H. BeckerA. BellétoileJ. A. BellidoS. BenZviC. BeratX. BertouP. L. BiermannP. BilloirF. BlancoM. BlancoC. BleveH. BlümerM. BoháčováD. BoncioliC. BonifaziR. BoninoN. BorodaiJ. BrackP. BrogueiraW. C. BrownR. BruijnP. BuchholzA. BuenoR. E. BurtonK. S. Caballero-MoraL. CarameteR. CarusoA. CastellinaO. CatalanoG. CataldiL. CazonR. CesterJ. ChauvinS. H. ChengA. ChiavassaJ. A. ChinellatoA. ChouJ. ChudobaR. W. ClayM. R. ColucciaR. ConceiçãoF. ContrerasH. CookM. J. CooperJ. CoppensA. CordierU. CottiS. CoutuC. E. CovaultA. CreusotA. CrissJ. CroninA. CurutiuS. Dagoret-CampagneR. DallierS. 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HagueP. HansenD. HarariS. HarmsmaJ. L. HartonA. HaungsT. HebbekerD. HeckA. E. HerveC. HojvatN. HollonV. C. HolmesP. HomolaJ. R. HörandelA. HornefferM. HrabovskýT. HuegeA. InsoliaF. IonitaA. ItalianoC. JarneS. JiraskovaK. KadijaK. H. KampertP. KarhanP. KasperB. KéglB. KeilhauerA. KeivaniJ. L. KelleyE. KempR. M. KieckhaferH. O. KlagesM. KleifgesJ. KleinfellerJ. KnappD. -H. KoangK. KoteraN. KrohmO. KrömerD. Kruppke-HansenF. KuehnD. KuempelJ. K. KulbartzN. KunkaG. La RosaC. LachaudP. LautridouM. S. A. B. LeãoD. LebrunP. LebrunM. A. Leigui de OliveiraA. LemiereA. Letessier-SelvonI. Lhenry-YvonK. Link R. LópezA. Lopez AgüeraK. LouedecJ. Lozano BahiloA. LuceroM. LudwigH. LyberisM. C. MaccaroneC. MacolinoS. MalderaD. MandatP. MantschA. G. MariazziJ. MarinV. MarinI. C. MarisH. R. Marquez FalconG. MarsellaD. MartelloL. MartinH. MartinezO. Martínez BravoH. J. MathesJ. MatthewsJ. A. J. MatthewsG. MatthiaeD. MaurizioP. O. MazurG. Medina-TancoM. MelissasD. MeloE. MenichettiA. MenshikovP. MertschC. MeurerS. MićanovićM. I. MichelettiW. MillerL. MiramontiS. MollerachM. MonasorD. Monnier RagaigneF. MontanetB. MoralesC. MorelloE. MorenoJ. C. MorenoC. MorrisM. MostafáC. A. MouraS. MuellerM. A. MullerG. MüllerM. MünchmeyerR. MussaG. NavarraJ. L. NavarroS. NavasP. NecesalL. NellenA. NellesP. T. NhungL. NiemietzN. NierstenhoeferD. NitzD. NosekL. NožkaM. NyklicekJ. OehlschlägerA. OlintoP. OlivaV. M. Olmos-GilbajaM. OrtizN. PachecoD. Pakk Selmi-DeiM. PalatkaJ. PallottaN. PalmieriG. ParenteE. ParizotA. ParraR. D. ParsonsS. PastorT. PaulM. PechJ. PȩkalaR. PelayoI. M. PepeL. PerroneR. PesceE. PetermannS. PetreraP. PetrincaA. PetroliniY. PetrovJ. PetrovicC. PfendnerN. PhanR. PiegaiaT. PierogP. PieroniM. PimentaV. PirronelloM. PlatinoV. H. PonceM. PontzP. PriviteraM. ProuzaE. J. QuelS. QuerchfeldJ. RautenbergO. RavelD. RavignaniB. RevenuJ. RidkyS. RiggiM. RisseP. RistoriH. RiveraV. RiziJ. RobertsC. RobledoW. Rodrigues de CarvalhoG. RodriguezJ. Rodriguez MartinoJ. Rodriguez RojoI. Rodriguez-CaboM. D. Rodríguez-FríasG. RosJ. RosadoT. RosslerM. RothB. Rouillé-d'OrfeuilE. RouletA. C. RoveroC. RühleF. SalamidaH. SalazarG. SalinaF. SánchezM. SantanderC. E. SantoE. SantosE. M. SantosF. SarazinB. SarkarS. SarkarR. SatoN. ScharfV. ScheriniH. SchielerP. SchifferA. SchmidtF. SchmidtT. SchmidtO. ScholtenH. SchoorlemmerJ. SchovancovaP. SchovánekF. SchröderS. SchulteD. SchusterS. J. SciuttoM. ScuderiA. SegretoM. SettimoA. ShadkamR. C. ShellardI. SidelnikG. SiglH. H. Silva LopezA. ŚmiałkowskiR. ŠmídaG. R. SnowP. SommersJ. SorokinH. SpinkaR. SquartiniJ. StapletonJ. StasielakM. StephanE. StrazzeriA. StutzF. SuarezT. SuomijärviA. D. SupanitskyT. ŠušaM. S. SutherlandJ. SwainZ. SzadkowskiM. SzubaA. TamashiroA. TapiaM. TartareO. TaşcăuC. G. Tavera RuizR. TcaciucD. TegoloN. T. ThaoD. ThomasJ. TiffenbergC. TimmermansD. K. TiwariW. TkaczykC. J. Todero PeixotoB. ToméA. TonachiniP. TravnicekD. B. TridapalliG. TristramE. TrovatoM. TuerosR. UlrichM. UngerM. UrbanJ. F. Valdés GaliciaI. ValiñoL. ValoreA. M. van den BergE. VarelaB. Vargas CárdenasJ. R. VázquezR. A. VázquezD. VeberičV. VerziJ. VichaM. VidelaL. VillaseñorH. WahlbergP. WahrlichO. WainbergD. WarnerA. A. WatsonM. WeberK. WeidenhauptA. WeindlS. WesterhoffB. J. WhelanG. WieczorekL. WienckeB. WilczyńskaH. WilczyńskiM. WillC. WilliamsT. WinchenL. WindersM. G. WinnickM. WommerB. WundheilerT. YamamotoT. YapiciP. YounkG. YuanA. YushkovB. ZamoranoE. ZasD. ZavrtanikM. ZavrtanikI. ZawA. ZepedaM. Ziolkowski

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