[論文レビュー] Study of Broad Scale Anisotropy of Cosmic Ray Arrival Directions from $2 imes 10^{17} eV$ to $10^{20} eV$ from Fly's Eye Data

H. Y. Dai, B. R. Dawson+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、Fly's Eye検出器のモノクローナルおよびステレオモードでのデータを用いて、2×10¹⁷ eV から 10²⁰ eV のエネルギー範囲の宇宙線到達方向を分析した。0.4–1.0×10¹⁸ eV のエネルギー範囲で、p < 0.06% の統計的に有意な銀河平面の増強（f_E = 0.104 ± 0.036）が観測されたが、北南方向の勾配やスーパーグレーティックな非等方性は観測されなかった。

ABSTRACT

We report results on the broad scale anisotropy of cosmic ray arrival directions in the energy rage from $2 imes 10^{17} eV$ to $10^{20} eV$. The data was taken by the Fly's Eye detector in both monocular and stereo modes of operation. We look for dependence on galactic latitude or supergalactic latitude by fitting the data to a Wdowczyk and Wolfendale plane enhancement function and a N-S gradient functional form. We report a small but statistically significant galactic plane enhancement in the energy range between $2 imes 10^{17}eV$ and $3.2 imes 10^{18} eV$. The probability that this anisotropy is due to fluctuations of an isotropic distribution is less than 0.06%. The most significant galactic plane enhancement factor $f_{E} = 0.104 \pm 0.036$ is in the energy range $0.4-1.0 imes 10^{18} eV$. No statistically significant evidence for a N-S gradient is found. There is no sign of significant deviation from isotropic background when the data is analyzed in terms of supergalactic latitude distributions

研究の動機と目的

• 2×10¹⁷ eV 以上の宇宙線到達方向における大スケール非等方性を調査すること。
• 宇宙線フラックスが銀河平面付近や北南方向に偏りを示すかどうかを特定すること。
• 統計的検定を用いて、観測された非等方性の有意性を等方的期待値と比較すること。
• スーパーグレーティック座標系において、宇宙線分布の大きな構造との相関が観測されるかどうかを評価すること。

提案手法

• モノクローナルおよびステレオ動作モードで収集されたFly's Eye検出器のデータを、エネルギー依存性分析に用いた。
• 到達方向を銀河座標およびスーパーグレーティック座標にビニングして、方向依存性を評価した。
• 銀河平面非等方性を定量化するために、WdowczykとWolfendaleの平面増強関数をフィッティングした。
• 天球の北極および南極に沿った非対称性をテストするために、北南勾配関数形を適用した。
• 等方的分布のモンテカルロシミュレーションから得られるp値を用いて、統計的有意性を評価した。
• エネルギー範囲は2×10¹⁷ eV から 10²⁰ eV にわたり、特に0.4–1.0×10¹⁸ eV 範囲で詳細なエネルギービニングを行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2×10¹⁷ eV から 10²⁰ eV のエネルギー範囲において、銀河平面付近で統計的に有意な宇宙線フラックスの増強が観測されるか？
• RQ2 同じエネルギー範囲で、宇宙線フラックスに天球の北極と南極に沿った勾配が見られるか？
• RQ3 観測された銀河平面非等方性の振幅およびエネルギー依存性は何か？
• RQ4 スーパーグレーティック座標系に宇宙線方向をマップした場合、大スケール非等方性の証拠があるか？
• RQ5 観測された非等方性は、等方的分布からの揺らぎと比較してどの程度有意か？

主な発見

• 2×10¹⁷ eV から 3.2×10¹⁸ eV のエネルギー範囲で、わずかだが統計的に有意な銀河平面増強が観測された。p値は0.06%未満であった。
• 最も顕著な増強要因 f_E = 0.104 ± 0.036 は、0.4–1.0×10¹⁸ eV のエネルギー範囲で観測された。
• 宇宙線到達方向分布において、統計的に有意な北南勾配は確認されなかった。
• スーパーグレーティック座標系でデータを分析した際、等方性からの顕著なずれは観測されなかった。
• スーパーグレーティック座標の緯度分布を考慮すると、観測結果は等方的背景と整合的であった。
• 観測された非等方性は、大規模構造や方向非対称性ではなく、銀河平面増強によって最もよく説明される。