[論文レビュー] Search for Sources of Cosmic Rays in the Region of the Knee. II

Г. В. Куликов, M. Yu. Zotov|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2006

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、1997年から1999年までのEAS–1000プロトタイプアレイのデータに、Alexandreasらの手法を適用し、エネルギーの「へこみ」付近（約3 PeV）の宇宙線源候補を探索した。S > 3.0の過剰フラックス領域が561か所特定され、超新星残骸、パルサー、AGNなど既知の天体物理的源と3°以内で強く空間相関を示した。これは先行研究の結果を確認するとともに、宇宙線の非一様性と、へこみエネルギー領域における銀河内および銀河外源との関連を強化するものである。

ABSTRACT

New results of an analysis of arrival directions of extensive air showers registered with the EAS--1000 Prototype array from August 1997 till February 1999 are presented. The method of Alexandreas et al., which has been used for analysis of data registered with CYGNUS, Milagrito, HEGRA AIROBICC, KASCADE and a number of other experiments, is employed. The existence of zones of excessive flux of cosmic rays with energies in the region of the knee is confirmed, as well as closeness of the zones to coordinates of possible astrophysical cosmic ray sources.

研究の動機と目的

• EAS–1000プロトタイプアレイの到達方向データを用いて、エネルギースペクトルの「へこみ」付近（約3 PeV）における宇宙線の起源を調査すること。
• 先行研究でランダムフィルタリング手法を用いて同定された過剰フラックス領域（ZEF）が、より統計的に厳密な手法を用いても安定しているかどうかを検証すること。
• 同定されたZEFと超新星残骸、パルサー、活動銀河核などの既知の天体物理的源との空間的相関を評価すること。
• 観測された宇宙線到達方向の非一様性が、局所的な天体物理的源からの放射と整合的であるかどうかを検討すること。

提案手法

• Alexandreas らの手法を、到達方向が既知の1,366,010個のEASの全データセットに適用し、先行研究で用いられたデータフィルタリングを回避した。
• 背景マップは100サイクルのランダム化によって生成された：各シャワーに対してランダムな到達時刻が選択され、その対応する赤経と赤緯が元の赤緯分布を保持するように再計算された。
• 背景マップは、すべてのランダム化マップにおける1°×1°セル内のEAS数の平均をとることで構築され、背景モデルにおける等方性が保証された。
• ZEFは、実測データと背景マップを比較して識別された。有意水準は S = (N_real - N_bg)/√N_bg で定義され、S > 3.0 を閾値とした。
• 正規化セルは、Δα ≈ Δδ / cos(δ̄) で定義され、赤緯にわたる面積が等しくなるようにし、全天にわたる一貫性ある比較が可能になった。
• ZEFと天体物理的源（SNRs、パルサー、AGNs）との空間的一致は、3°以内の角距離で評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダムフィルタリング手法に代えてAlexandreas手法を用いた場合、宇宙線到達方向における顕著な非一様性が維持されるか？
• RQ2 同定された過剰フラックス領域（ZEF）は、超新星残骸、パルサー、活動銀河核といった既知の天体物理的源と空間的に相関しているか？
• RQ3 Alexandreas手法による結果は、過去のランダムフィルタリング手法で同定されたZEFと比較して、空間的重複度と有意水準の面でどのように異なるか？
• RQ4 ZEFが銀河平面およびスーパーギャラクティック平面に偏りを示すか？これは、大規模な宇宙線源構造との関連を示唆するか？

主な発見

• Alexandreas手法により、有意水準S > 3.0の正規化セルが561か所同定され、そのうち364か所がS > 3.1を示しており、データ内に顕著なフラックス増強が存在することが確認された。
• 561か所の高有意水準セルのうち364か所が27か所の過剰フラックス領域（Aゾーン）にグループ化され、そのうち27か所は過去にランダムフィルタリング手法で同定されたZEFと近接した空間的位置を示した。
• δ > -16°の110個の銀河系超新星残骸（SNRs）のうち18個がAゾーンから3°以内に位置し、カシオペアA、ティコ、カブレットネビュラなど代表的源が含まれた。
• 694個のパルサーのうち154個、317個の活動銀河核（AGNs）および赤移速度z ≤ 0.01の相互作用銀河のうち139個がAゾーンから3°以内に位置し、潜在的な宇宙線源との強い空間クラスタリングを示した。
• バービオ銀河団は、スーパーギャラクティック平面に沿って広大なAゾーン（α ≈ 170°–200°）内に位置し、銀河外源集団との関連を示唆している。
• ランダムフィルタリング手法で同定された37個のZEFのうち、3つはAゾーンに近接する対応源がなく、7個のAゾーンには対応するZEFがなかった。これは、2つの手法間で高いが完全ではない一致を示している。