[論文レビュー] Search for large-scale anisotropies with the Auger Observatory

E. Armengaud|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、ピエール・オーディエ・オブザーバトリの2年を超えるデータを分析し、宇宙線の天球分布における大規模な非一様性、特に赤経方向の変調を調査した。フーリエ解析、東西比較、露出補正付きレイリー走査を用いて、有意な非一様性は検出されず、1–3 EeVのエネルギー範囲で1次調波変調の95%上限は1.4%に設定された。これは、初期のAGASAによる4%の信号の主張とは対照的に、等方性と整合的である。

ABSTRACT

We use more than two years of data from the Pierre Auger Observatory to search for anisotropies on large scales in different energy windows. We account for various systematics in the acceptance, in particular due to the array growth and weather variations. We present the results of analyses and consistency checks looking for patterns in the right ascension modulation of the cosmic ray distribution. No significant anisotropies of this kind are observed.

研究の動機と目的

• ピエール・オーディエ・オブザーバトリのデータを用いて、宇宙線の天球分布における大規模な非一様性を調査すること。
• 1–2 EeVエネルギー範囲においてAGASAが報告した4%の赤経変調の仮説を検証すること。
• アレイの拡大、保守、気象変動を含む、検出器の受容率に関する系統的効果を考慮すること。
• 複数の補完的解析手法を用いて、大規模な非一様性に対する頑健な上限を設定すること。
• 機器的または大気的要因による恒星時的または反恒星時の変調の有意性を評価すること。

提案手法

• イベント時刻を $ t_{\text{mod}}(i) = t_i + \text{RA}(i) - \text{RA}_0(i) $ に修正し、イベント率における恒星時変調を分離するためのフーリエ解析を実施する。
• 東西比較法を用いて、東方向および西方向のイベント数を比較し、一次的に方向に依存しない受容率効果を相殺する。
• レイリー分布を用いて、調和振幅における期待されるノイズをモデル化し、経験的分布から95%上限を導出する。
• 検出器設置ログ、停止時間記録、大気パラメータ（気圧/温度）のパラメータライゼーションを用いて露出マップを構築し、受容率の変動を補正する。
• 10 EeV以上のエネルギーでCIC法を用いてエネルギー補正を行い、飽和した受容率のための解析的露出推定を可能にする。
• エネルギー領域および赤緯帯ごとに結果を比較し、エネルギー依存性または方向依存性のパターンをテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 EeV以上の宇宙線の赤経分布において、有意な1次調波変調は存在するか？
• RQ2 AGASAが1–2 EeVエネルギー範囲で報告した4%の赤経変調は、オーディエデータで確認されたり否定されたりするか？
• RQ3 アレイの拡大、保守、気象要因に起因する検出器受容率の変動が、誤った変調を引き起こす程度はどの程度か？
• RQ4 EeVエネルギー域における宇宙線天球の大きなスケールの非一様性の95%上限は何か？
• RQ5 フーリエ法、東西法、露出補正付きレイリー法といった異なる解析手法は、感度と系統的誤差の制御においてどのように比較されるか？

主な発見

• 1–10 EeVのエネルギー範囲において、宇宙線の赤経分布に顕著な大規模な非一様性は観測されなかった。
• 露出および系統的誤差を補正した後、1–3 EeVエネルギー範囲で1次調波振幅の95%上限は1.4%に設定された。
• 東西差分後の測定恒星時振幅は (0.7 ± 0.4)% であり、これは統計的ゆらぎである確率が24%に相当する。
• 1–3 EeV範囲では、レイリー振幅は1%未満であり、レイリーのノイズは約0.6%であり、等方性と整合的である。
• 10 EeV以上では、約1,400件のイベントがあり、赤経変調の95%上限は8.6%に設定された。これは統計的数が少なく、系統的誤差が大きいことによる。
• 露出推定における系統的誤差は、露出モデル間の差異から導出され、上限に約0.4%の寄与を示した。