[論文レビュー] Mean diurnal variations of cosmic ray intensity as measured by Andyrchi air shower array and Baksan underground scintillation telescope

V. A. Kozyarivsky, A. S. Lidvansky+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2004

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、1995–2002年のアンドイルチエアシャワー配列および1982–1998年のバクサン地下シンチレーション望遠鏡のデータを用いて、宇宙線強度の平均日周変動を分析している。太陽の日周波動は大気圧の変動および地球の公転運動に起因するコンプトン・ギーティング効果によるものであり、恒星の日周波動は宇宙線の非一様性に起因する。両検出器で高エネルギー領域（≥2.5 TeVおよび≥100 TeV）において一貫した結果が得られている。

ABSTRACT

The results of measuring diurnal variations of extensive air showers with energy above 100 TeV detected by the Andyrchi air shower array in 1995-2002 are presented. It is shown that solar diurnal wave of intensity is formed by pressure variations and Compton-Getting effect (due to the orbital motion of the Earth). The data on cosmic ray anisotropy of the Baksan underground scintillation telescope (BUST) are also presented for energies above 2.5 TeV covering the period 1982-1998. The diurnal sidereal wave measured by both Andyrchi and BUST is due to anisotropy of the cosmic rays.

研究の動機と目的

• 2つの高エネルギー宇宙線検出器からの長期データを用いて、宇宙線強度の平均日周変動の起源を調査すること。
• 大気圧および地球の公転運動によって駆動される太陽の日周波動と、宇宙線の非一様性に起因する恒星の日周波動の寄与を解明すること。
• アンドイルチ（エアシャワー配列）とバクサン（地下シンチレーション望遠鏡）という2つの独立した検出器の比較を通じて、異なる検出方法およびエネルギー閾値での結果の妥当性を検証すること。
• 2.5 TeVおよび100 TeVを超えるエネルギー領域における観測された日周変調の支配的物理機構を特定すること。
• 異なるエネルギー領域および検出器設定における日周非一様性パターンの整合性を評価すること。

提案手法

• 1995–2002年のアンドイルチエアシャワー配列が収集した広大なエアシャワーデータの分析。エネルギーが100 TeVを超えるイベントに注目。
• 1982–1998年のバクサン地下シンチレーション望遠鏡（BUST）を用いて、2.5 TeVを超えるエネルギー領域における宇宙線非一様性を測定。
• 日周変動を太陽の日（24時間）および恒星の日（23時間56分）の成分に分離し、大気的要因と宇宙線起源の効果を区別。
• 地球の公転速度が局所銀河間物質に対して与える宇宙線強度の変調を説明するコンプトン・ギーティング効果モデルの適用。
• 太陽の日周波動の原因としての大気圧変動の影響を、観測された強度変調に組み込む。
• アンドイルチとBUSTの間で日周波動の振幅および位相を比較し、一貫性を確認するとともに、共通の物理的メカニズムを同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙線強度における太陽の日周波動の原因は何であり、大気圧および地球の公転運動はそれぞれどのように寄与しているか？
• RQ2 宇宙線強度における恒星の日周波動は、どの程度、固有の宇宙線非一様性に起因しているか？
• RQ3 アンドイルチエアシャワー配列が測定した日周変動と、バクサン地下シンチレーション望遠鏡が測定した変動は、どのように比較できるか？
• RQ4 観測された日周変調は、2.5 TeVおよび100 TeVという異なるエネルギー閾値および異なる検出器タイプにおいて一貫しているか？
• RQ5 コンプトン・ギーティング効果は、宇宙線強度における太陽の日周波動の振幅および位相を説明できるか？

主な発見

• 宇宙線強度における太陽の日周波動は、主に大気圧の変動および地球の公転運動に起因するコンプトン・ギーティング効果によるものである。
• アンドイルチおよびBUSTの両検出器が観測した恒星の日周波動は、宇宙線の非一様性と整合的であり、宇宙線フラックスに方向依存性があることを示している。
• アンドイルチ配列（≥100 TeV）とBUST（≥2.5 TeV）が測定した日周変動の振幅および位相は良好に一致しており、結果の信頼性が裏付けられている。
• コンプトン・ギーティング効果は、特に太陽の日周サイクルにおいて、高エネルギー領域の宇宙線強度の変調に顕著に寄与している。
• 恒星成分に強い太陽の日周波動が見られないことから、恒星信号が機器的または大気的要因に起因しているとは考えにくく、その信頼性が裏付けられる。
• データは日周変動の物理的起源を支持しており、機器的または環境的アーチファクトではなく、両検出器が異なるエネルギー範囲で一貫した結果を示している。