[論文レビュー] Search for correlation of UHECRs and BL Lacs in Pierre Auger Observatory data

Diego Harari|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ピエール・オーリエ観測所（2004年1月〜2007年3月）の14,143件の超高エネルギー宇宙線（UHECR）イベントを用いて、超高エネルギー宇宙線（UHECR）とBLラクルテア星系（BL Lacertae objects）との相関を調査した。先行研究よりも統計的精度が高かったが、有意な相関は検出されなかった。BLラクルテア星系の位置から0.9°以内のUHECRの観測数（11件）は、等方的フラックス（予想値：12.1）と整合的であり、AGASAおよびヤクーツク実験が報告した過剰相関とは矛盾する。

ABSTRACT

Several analyses of the data collected by other experiments have found an excess of cosmic rays in correlation with subclasses of BL Lacs. Data from the Pierre Auger Observatory do not support previously reported excesses. The number of events correlated with BL Lac positions is compatible with that expected for an isotropic flux.

研究の動機と目的

• ピエール・オーリエ観測所の高統計データを用いて、以前に報告されたUHECRとBLラクルテア星系との相関を検証すること。
• さまざまなエネルギー閾値および角度スケールにおける潜在的なUHECR–BLラクルテア星系の関連の統計的有意性を評価すること。
• AGASAおよびヤクーツク実験が過剰相関を報告したのに対し、HiResはそのような過剰を検出しなかったという矛盾を解消すること。
• HiResデータで観測された相関（E > 10 EeV、0.9°）が、同じ条件下でピエール・オーリエデータセットでも再現可能かどうかを評価すること。
• エネルギー閾値および角度分離度をスキャンした拡張検索において、初期テストで検出されなかった残存相関シグナルが残存するかどうかを特定すること。

提案手法

• エネルギー >3 EeV、天の川の角度 <60°のピエール・オーリエ観測所表面検出器からの14,143件のUHECRイベント（うち1,672件は>10 EeV）を用いた。
• 等方的フラックス仮説の下で、k件以上のイベントが偶然BLラクルテア星系の位置と一致する確率Pを二項累積分布を用いて計算した。
• エネルギー閾値（3から38.8 EeV）および角度分離度（0.9°から3°）をスキャンし、パラメータ空間全体でPの有意性を評価した。
• 複数の検定を考慮した確率を推定するために、模擬的な等方的イベントセットを用い、データで観測されたP値と同等かそれ以下の確率が得られる可能性を評価した。
• HiResおよび先行実験の結果と比較し、北天と南天の露光および源密度の違いを補正した。
• 光学等級m < 18、赤方偏移z > 0.1または不明な10番目および12番目のクェーサーおよびAGNカタログからの確認済みBLラクルテア星系に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ピエール・オーリエ観測所のデータにおいて、UHECRの到着方向とBLラクルテア星系の位置との間に統計的に有意な相関があるか？
• RQ2 ピエール・オーリエデータセットの高い統計的精度（10 EeV以上で6倍のイベント数）は、以前のBLラクルテア星系との過剰相関報告を支持するか、否定するか？
• RQ3 HiResが0.9°およびE > 10 EeVで報告した相関は、同等の条件下でピエール・オーリエデータセットでも再現可能か？
• RQ4 エネルギー閾値および角度分離度をスキャンした拡張検索により、初期テストで検出されなかった残存相関シグナルが明らかになるか？
• RQ5 観測された相関は、等方的UHECRフラックスの統計的ゆらぎに起因するものか、それとも真の天体物理学的関連を示唆するか？

主な発見

• 確認済みBLラクルテア星系（m < 18）の位置から0.9°以内のUHECR（11件）の数は、等方的期待値12.1と整合的であり、偶然の確率P = 0.67である。
• 4つのテストケース（A–D）すべてで有意な相関過剰は検出されず、204個の確認済みBLラクルテア星系および10から38.8 EeVのエネルギー閾値を用いた検索でも同様であった。
• 拡張スキャンで観測された最小の偶然確率Pは0.03であり、これは38.8 EeV以上のエネルギーで204個のBLラクルテア星系の位置から2°以内に6件の相関イベントが観測された場合に対応するが、これは等方的ゆらぎと整合的である（12%の模擬セットで同等または低いPが得られる）。
• HiResデータで観測された相関（E > 10 EeV、0.9°で11件）は、同じ条件下でピエール・オーリエで約18.5件のイベントが予想されたが、実際には11件しか観測されなかった。これは相関仮説を強く否定する。
• さまざまなBLラクルテア星系カタログ（9〜12版）、エネルギー閾値、角度スケールにおいて、結果は一貫しており、いかなる設定でも有意な信号は検出されなかった。
• 本研究は、UHECRの到着方向にBLラクルテア星系との相関の証拠がないと結論づけ、データは等方的フラックスと完全に整合的である。