[論文レビュー] Correlation of the HIghest Energy Cosmic Rays with the Supergalactic Plane

Todor Stanev|ArXiv.org|May 13, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、ピエール・オーブル観測所が観測した27個の超高エネルギー宇宙線（UHECR）の到着方向と、70 Mpcまで有効な更新されたSGP定義に基づく銀河団平面（SGP）との相関を調査している。同定された相関は非常に有意であり（等方的分布の下での確率が2–6×10⁻⁴）、UHECRが大規模構造に偏って整列している可能性を示唆しており、おそらくセントaurus Aや組織だてられた銀河間磁場によるものである。

ABSTRACT

We examine the anisotropy of the arrival directions of twenty seven ultra high energy cosmic rays detected by the Pierre Auger Collaboration. We confirm the anisotropy of the arrival directions of these events and find a significant correlation with the updated definition of the supergalactic plane at distances up to 70 Mpc, A Monte Carlo calculation of isotropic source distribution suggests a chance probability for isotropic event arrival direction distribution of 2-6$ imes10^{-4}$.

研究の動機と目的

• 最高エネルギー宇宙線の到着方向が銀河団平面（SGP）と相関しているかどうかを評価すること。SGPは近隣の銀河によって追跡可能な大規模構造を表す。
• 観測されたUHECR到着方向の非等方性が、等方的源分布と整合しているのか、それとも大規模構造との実際のクラスタリングを反映しているのかを検証すること。
• 等方的および更新されたSGP定義の下で、モンテカルロシミュレーションを用いて相関の有意性を評価すること。
• ピエール・オーブル共同研究グループの結果と、AGASA、ハーヴァーパーク、ヤクーツク、HiResの古いデータを比較し、実験間の一貫性を評価すること。

提案手法

• 著者らは、ピエール・オーブル共同研究グループの27件のUHECRイベント（エネルギー>5.7×10¹⁹ eV）の到着方向を用いた。
• 100,000セットの等方的イベントセットを用いたモンテカルロシミュレーションにより、SGPからの±10°および±15°の超銀河的赤緯範囲内でのランダム一致の確率を計算した。
• 本研究では、ラハブら（2000）が提唱した更新されたSGP定義を採用した。これは光学赤方偏移調査とIRASデータに基づくもので、70 Mpcまで有効である。
• SGP帯内の観測イベント数を等方的分布からの期待値と比較し、有意性のp値を計算した。
• また、HiRes（13件）、AGASA、ハーヴァーパーク、ヤクーツク（8件）のデータも含め、実験間の一貫性をテストした。
• 既知の源（例：セントaurus A、バービオ銀河団）への角度的接近度を評価し、源のクラスタリングの可能性も検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ピエール・オーブルが観測した27個の最高エネルギー宇宙線の到着方向と銀河団平面との間に、統計的に有意な相関があるか？
• RQ2 70 Mpcまで有効な更新されたSGP定義（70 Mpc）は、古典的定義と比較して、相関の有意性を高めているか？
• RQ3 ピエール・オーブルのデータ結果は、AGASA、ハーヴァーパーク、ヤクーツク、HiResなどの古いUHECRデータセットと比較して、SGP相関において一貫性を示しているか？
• RQ4 等方的源分布の下で、このような相関を観測する確率はどの程度か？
• RQ5 観測されたクラスタリングは、銀河磁場内での偏光や銀河間磁場によるものである可能性はあるか？

主な発見

• 更新されたSGP定義（70 Mpcまで）を用いた場合、等方的到着方向が観測された相関を再現する確率は2–6×10⁻⁴であり、これは非常に有意な非等方性を示している。
• 27件のオーブルイベントのうち13件が更新されたSGPの±10°以内に、15件が±15°以内に位置しており、大規模構造への強い整列が示されている。
• 更新されたSGP（70 Mpc）を用いた相関は、古典的SGP定義よりも顕著に強く、古典的定義では僅か1–2%の有意性しか得られなかった。
• HiResの13件のうち5件が15°以内に、古いデータ（AGASA、ヤクーツク、ハーヴァーパーク）の8件のうち5件も15°以内に位置しており、実験間の一貫性が示唆されている。
• イベントの最大濃度はセントaurus A付近に集中しており、これはUHECRの主要な源である可能性を示唆している。粒子はおそらく低レベルの銀河間磁場に沿ってSGPに沿って誘導されている可能性がある。
• UHECRのフラックスが等方的でないことが分析で確認された。オーブル、HiResおよび古い実験の合計48件のうち17件がSGPの±10°以内に、25件が±15°以内に位置しており、大規模構造との一貫性のある相関が示されている。