Inferred Cosmic-Ray Spectrum from Fermi Large Area Telescope γ-Ray Observations of Earth’s Limb

Ackermann, M.; Ajello, M.; Albert, A.; Allafort, A.; Baldini, L.; Barbiellini, G.; Bastieri, Denis; Bechtol, K.; Bellazzini, R.; Blandford, R.  . D.; Bloom, E.  . D.; Bonamente, E.; Bottacini, EUGENIO ALESSIO; Bouvier, A.; Brandt, T.  . J.; Brigida, M.; Bruel, P.; Buehler, R.; Buson, Sara; Caliandro, G.  . A.; Cameron, R.  . A.; Caraveo, P.  . A.; Cecchi, C.; Charles, E.; Chaves, R.  . C.  . G.; Chekhtman, A.; Chiang, J.; Chiaro, G.; Ciprini, S.; Claus, R.; Cohen Tanugi, J.; Conrad, J.; Cutini, S.; Dalton, M.; D’Ammando, F.; de Angelis, A.; de Palma, F.; Dermer, C.  . D.; Digel, S.  . W.; Di Venere, L.; Silva, E. do Couto e.; Drell, P.  . S.; Drlica Wagner, A.; Favuzzi, C.; Fegan, S.  . J.; Ferrara, E.  . C.; Focke, W.  . B.; Franckowiak, A.; Fukazawa, Y.; Funk, S.; Fusco, P.; Gargano, F.; Gasparrini, D.; Germani, S.; Giglietto, N.; Giordano, F.; Giroletti, M.; Glanzman, T.; Godfrey, G.; Gomez Vargas, G.  . A.; Grenier, I.  . A.; Grove, J.  . E.; Guiriec, S.; Gustafsson, M.; Hadasch, D.; Hanabata, Y.; Harding, A.  . K.; Hayashida, M.; Hayashi, K.; Hewitt, J.  . W.; Horan, D.; Hou, X.; Hughes, R.  . E.; Inoue, Y.; Jackson, M.  . S.; Jogler, T.; Jóhannesson, G.; Johnson, A.  . S.; Kamae, T.; Kawano, T.; Knödlseder, J.; Kuss, M.; Lande, J.; Larsson, S.; Latronico, L.; Longo, F.; Loparco, F.; Lovellette, M.  . N.; Lubrano, P.; Mayer, M.; Mazziotta, M.  . N.; Mcenery, J.  . E.; Mehault, J.; Michelson, P.  . F.; Mitthumsiri, W.; Mizuno, T.; Moiseev, A.  . A.; Monte, C.; Monzani, M.  . E.; Morselli, A.; Moskalenko, I.  . V.; Murgia, S.; Nemmen, R.; Nuss, E.; Ohsugi, T.; Okumura, A.; Orienti, M.; Orlando, E.; Ormes, J.  . F.; Paneque, D.; Panetta, J.  . H.; Perkins, J.  . S.; Pesce Rollins, M.; Piron, F.; Pivato, Giovanna; Porter, T.  . A.; Rainò, S.; Rando, Riccardo; Razzano, M.; Razzaque, S.; Reimer, A.; Reimer, O.; Ritz, S.; Roth, M.; Schaal, M.; Schulz, A.; Sgrò, C.; Siskind, E.  . J.; Spandre, G.; Spinelli, P.; Strong, A.  . W.; Takahashi, H.; Takeuchi, Y.; Thayer, J.  . G.; Thayer, J.  . B.; Thompson, D.  . J.; Tibaldo, L.; Tinivella, M.; Torres, D.  . F.; Tosti, G.; Troja, E.; Tronconi, V.; Usher, T.  . L.; Vandenbroucke, J.; Vasileiou, V.; Vianello, G.; Vitale, V.; Werner, M.; Winer, B.  . L.; Wood, K.  . S.; Wood, M.; Yang, Z.

doi:10.1103/PhysRevLett.112.151103

Recent accurate measurements of cosmic-ray (CR) species by ATIC-2, CREAM, and PAMELA reveal an unexpected hardening in the proton and He spectra above a few hundred GeV, a gradual softening of the spectra just below a few hundred GeV, and a harder spectrum of He compared to that of protons. These newly discovered features may offer a clue to the origin of high-energy CRs. We use the Fermi Large Area Telescope observations of the γ-ray emission from Earth’s limb for an indirect measurement of the local spectrum of CR protons in the energy range ∼90 GeV–6 TeV (derived from a photon energy range 15 GeV–1 TeV). Our analysis shows that single power law and broken power law spectra fit the data equally well and yield a proton spectrum with index 2.68±0.04 and 2.61±0.08 above ∼200 GeV, respectively.