Using data collected at the Pierre Auger Observatory during the past 3.7 years, we demonstrated a correlation between the arrival directions of cosmic rays with energy above 6 × 10 19 electron volts and the positions of active galactic nuclei (AGN) lying within ∼75 megaparsecs. We rejected the hypothesis of an isotropic distribution of these cosmic rays with at least a 99% confidence level from a prescribed a priori test. The correlation we observed is compatible with the hypothesis that the highest-energy particles originate from nearby extragalactic sources whose flux has not been substantially reduced by interaction with the cosmic background radiation. AGN or objects having a similar spatial distribution are possible sources.

Construction of the first stage of the Pierre Auger Observatory has begun. The aim of the Observatory is to collect unprecedented information about cosmic rays above 1018eV. The first phase of the project, the construction and operation of a prototype system, known as the engineering array, has now been completed. It has allowed all of the sub-systems that will be used in the full instrument to be tested under field conditions. In this paper, the properties and performance of these sub-systems are described and their success illustrated with descriptions of some of the events recorded thus far.

The Pierre Auger Observatory, located on a vast, high plain in western Argentina, is the world's largest cosmic ray observatory. The objectives of the Observatory are to probe the origin and characteristics of cosmic rays above $10^{17}$ eV and to study the interactions of these, the most energetic particles observed in nature. The Auger design features an array of 1660 water-Cherenkov particle detector stations spread over 3000 km$^2$ overlooked by 24 air fluorescence telescopes. In addition, three high elevation fluorescence telescopes overlook a 23.5 km$^2$, 61-detector infilled array with 750 m spacing. The Observatory has been in successful operation since completion in 2008 and has recorded data from an exposure exceeding 40,000 km$^2$ sr yr. This paper describes the design and performance of the detectors, related subsystems and infrastructure that make up the Auger Observatory.

The energy spectrum of cosmic rays above 2.5 x 10;{18} eV, derived from 20,000 events recorded at the Pierre Auger Observatory, is described. The spectral index gamma of the particle flux, J proportional, variantE;{-gamma}, at energies between 4 x 10;{18} eV and 4 x 10;{19} eV is 2.69+/-0.02(stat)+/-0.06(syst), steepening to 4.2+/-0.4(stat)+/-0.06(syst) at higher energies. The hypothesis of a single power law is rejected with a significance greater than 6 standard deviations. The data are consistent with the prediction by Greisen and by Zatsepin and Kuz'min.

We describe the measurement of the depth of maximum, X{max}, of the longitudinal development of air showers induced by cosmic rays. Almost 4000 events above 10;{18} eV observed by the fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory in coincidence with at least one surface detector station are selected for the analysis. The average shower maximum was found to evolve with energy at a rate of (106{-21}{+35}) g/cm{2}/decade below 10{18.24+/-0.05} eV, and (24+/-3) g/cm{2}/decade above this energy. The measured shower-to-shower fluctuations decrease from about 55 to 26 g/cm{2}. The interpretation of these results in terms of the cosmic ray mass composition is briefly discussed.

We report a measurement of the flux of cosmic rays with unprecedented precision and statistics using the Pierre Auger Observatory. Based on fluorescence observations in coincidence with at least one surface detector we derive a spectrum for energies above 10^18 eV. We also update the previously published energy spectrum obtained with the surface detector array. The two spectra are combined addressing the systematic uncertainties and, in particular, the influence of the energy resolution on the spectral shape. The spectrum can be described by a broken power law E^-gamma with index gamma=3.3 below the ankle which is measured at log10(E/eV) = 18.6. Above the ankle the spectrum is described by a power law with index 2.6 followed by a flux suppression, above about log10(E/eV) = 19.5, detected with high statistical significance.

Cosmic rays are atomic nuclei arriving from outer space that reach the highest energies observed in nature. Clues to their origin come from studying the distribution of their arrival directions. Using 3 × 104 cosmic rays with energies above 8 × 1018 electron volts, recorded with the Pierre Auger Observatory from a total exposure of 76,800 km2 sr year, we determined the existence of anisotropy in arrival directions. The anisotropy, detected at more than a 5.2σ level of significance, can be described by a dipole with an amplitude of [Formula: see text] percent toward right ascension αd = 100 ± 10 degrees and declination δd = [Formula: see text] degrees. That direction indicates an extragalactic origin for these ultrahigh-energy particles.

Abstract The flux of ultra-high energy cosmic rays reaching Earth above the ankle energy (5 EeV) can be described as a mixture of nuclei injected by extragalactic sources with very hard spectra and a low rigidity cutoff. Extragalactic magnetic fields existing between the Earth and the closest sources can affect the observed CR spectrum by reducing the flux of low-rigidity particles reaching Earth. We perform a combined fit of the spectrum and distributions of depth of shower maximum measured with the Pierre Auger Observatory including the effect of this magnetic horizon in the propagation of UHECRs in the intergalactic space. We find that, within a specific range of the various experimental and phenomenological systematics, the magnetic horizon effect can be relevant for turbulent magnetic field strengths in the local neighbourhood in which the closest sources lie of order B rms ≃ (50–100) nG (20 Mpc/d s )( 100 kpc/L coh ) 1/2 , with d s the typical intersource separation and L coh the magnetic field coherence length. When this is the case, the inferred slope of the source spectrum becomes softer and can be closer to the expectations of diffusive shock acceleration, i.e., ∝ E -2 . An additional cosmic-ray population with higher source density and softer spectra, presumably also extragalactic and dominating the cosmic-ray flux at EeV energies, is also required to reproduce the overall spectrum and composition results for all energies down to 0.6 EeV.