[論文レビュー] A search for possible anisotropies of cosmic rays with 0.1 < E < 10 EeV in the region of the Galactic Centre

Edivaldo Moura Santos|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、2004–2007年の3.5年間にわたるピエール・オーガー観測所のデータを用いて、銀河中心近辺の宇宙線における非等方性を調査し、エネルギー範囲は0.1～10 EeVである。Li-Maの有意性検定とガウス型／トップハット型ウィンドウ処理を用いて点源および拡張源の可能性を評価した結果、顕著な過剰は認められず、銀河中心における中性子生成の理論的モデルの多くを除外する95%信頼水準の上界が得られた。

ABSTRACT

We present updated results for anisotropy searches in the direction of the Galactic Center (GC) at energies in the ranges: 0.1<E<1 EeV and 1<E<10 EeV. We use data from the Pierre Auger Observatory up to March, 2007. Present analyzes are therefore based on a substantially larger data set than our previous published results. A limit on the flux coming from a hypothetical point-like neutron source at the GC for 1<E<10 EeV was imposed, and searches for extended excesses were also performed.

研究の動機と目的

• ピエール・オーガー観測所の更新されたデータを用いて、銀河中心近辺の宇宙線における非等方性を調査すること。
• エネルギー範囲 0.1 < E < 10 EeV における宇宙線の点源的または拡張的過剰を検出する試み。
• 特に 1 < E < 10 EeV の範囲において、銀河中心における仮想の中性子源のフラックスに95%信頼水準の上界を設定すること。
• Li-Maの有意性検定と角度分解能に合わせたフィルタを用いて、さそり座銀河中心（Sagittarius A*）方向の宇宙線フラックスが等方性と整合するかを評価すること。
• これらの結果が、銀河中心における高エネルギー中性子放射を予測する理論的モデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• ピエール・オーガー観測所のサーフェス検出器（SD）のデータを用い、コンactな配置で3個以上のトリガー発生とレベル5のトリガー受容性を要件とした。
• 視準角 θ < 60° のイベントを選別し、SD信号の積分からエネルギー推定値を算出し、蛍光検出器の測定値を用いてキャリブレーションした。
• Li-Maの過剰有意性検定を、1.2°–2.0° FWHM に一致する 0.8°–1.3° ガウスビームと 5°、10°、20° のトップハット窓に対して適用した。
• 背景推定には、検出器の停止時間、アレイの拡大、天候要因を考慮したカバレッジマップを用い、受容性の変動をモデル化した。
• フラックス限界は、微分的宇宙線スペクトル ΦCR(E) ∝ E−3.3 を仮定し、次の式を用いて導出した：Φ95s = (n95s / nexp) × (4πσ²) × ∫ΦCR(E) dE、ここで n95s は信号数の95%信頼水準の上界である。
• フラックス上界は、LGC < 1.25κ × 10³⁴ erg/s に変換され、κ = 1.2 は HiRes キャリブレーションに対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.1～10 EeV のエネルギー領域において、銀河中心方向に顕著な宇宙線過剰が観測されるか？
• RQ2 現在のオーガー観測データで、銀河中心に仮想の点源的中性子源が検出可能か？また、どのようなフラックス限界が設定できるか？
• RQ3 銀河中心領域に拡張的宇宙線過剰は存在するか？また、等方的期待値と比較するとどうなるか？
• RQ4 Sagittarius A* 近辺の観測された宇宙線フラックスは、銀河中心における高エネルギー中性子放射を予測する理論的モデルを支持するか、あるいは除外するか？
• RQ5 これらの結果は、AGASA や SUGAR の以前の主張、および H.E.S.S. のTeVガンマ線観測とどのように比較できるか？

主な発見

• 0.1 < E < 1 EeV のエネルギー範囲では、銀河中心領域に顕著な宇宙線過剰は認められず、1.3° ガウス窓における観測値／期待値比は 1.00 ± 0.02（統計誤差）± 0.01（系誤差）であった。
• 1 < E < 10 EeV の範囲では、0.8° ガウス窓における観測値／期待値比は 0.99 ± 0.17（統計誤差）± 0.01（系誤差）であり、等方性と整合的であった。
• 仮想の点源的中性子源の統合フラックスに95%信頼水準の上界は Φ95s = 0.018κ km⁻² yr⁻¹ であり、κ = 1.2 は HiRes キャリブレーションに対応する。
• 対応する源の全放射光度上界は LGC < 1.25κ × 10³⁴ erg/s であり、銀河中心における中性子生成を予測する多くの理論的モデルを除外する。
• 10°および20°の窓を用いた拡張源探索では、顕著な過剰は認められず、1 < E < 10 EeV の範囲で観測値／期待値比はそれぞれ 1.07 ± 0.04 および 1.03 ± 0.02 であった。
• 銀河中心領域における Li-Ma 有意性値の分布は、モンテカルロシミュレーションおよびガウス的フラクチュエーションとの比較により、等方性と整合的であることが確認された。