[논문 리뷰] Mean diurnal variations of cosmic ray intensity as measured by Andyrchi air shower array and Baksan underground scintillation telescope

V. A. Kozyarivsky, A. S. Lidvansky외 2명|arXiv (Cornell University)|2004. 06. 02.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 1995–2002년 동안의 안디르치 대기 샤워 어레이 데이터와 1982–1998년 동안의 백산 지하 산란 탐지기 데이터를 사용하여 우주선 강도의 평균 일일 변화를 분석한다. 태양 일일 파동은 대기 압력 변화와 지구의 궤도 운동으로 인한 콤프턴-기팅 효과로 기인하며, 태동 일일 파동은 우주선 이방성으로 기인한다. 고에너지 영역(≥2.5 TeV 및 ≥100 TeV)에서 두 탐지기 모두 일관된 결과를 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 두 고에너지 우주선 탐지기에서의 장기 데이터를 활용하여 우주선 강도의 평균 일일 변화의 기원을 조사한다.
• 대기압과 지구의 궤도 운동으로 인한 영향을 받는 태양 일일 파동과 우주선 이방성으로 인한 천체일일 파동의 기여를 분리한다.
• 서로 독립적인 탐지기인 안디르치(대기 샤워 어레이)와 백산(지하 산란 탐지기)의 결과를 비교하여 다양한 탐지 방법과 에너지 임계값에서의 결과를 검증한다.
• 2.5 TeV 이상 및 100 TeV 이상의 에너지에서 관측된 일일 조절의 주요 물리적 메커니즘을 규명한다.
• 다양한 에너지 영역과 탐지기 구성에서 일일 이방성 패tern의 일관성을 평가한다.

제안 방법

• 1995–2002년 기간 동안 안디르치 대기 샤워 어레이에서 수집한 광범위한 대기 샤워 데이터 분석. 분석 대상은 에너지 >100 TeV인 사건들이다.
• 1982–1998년 기간 동안 백산 지하 산란 탐지기(BUST)를 사용하여 에너지 >2.5 TeV에서의 우주선 이방성 측정.
• 일일 변화를 태양일(24시간)과 천체일(23시간 56분) 성분으로 분리하여 대기적 영향과 우주선 기원의 영향을 구분한다.
• 지구의 궤도 속도가 국지 간성간 매질에 대해 상대적으로 작용하는 것에 따라 우주선 강도가 조절되는 데에 콤프턴-기팅 효과 모델을 적용한다.
• 대기압 변화를 태양 일일 파동의 주요 원인으로 삼아 관측된 강도 조절에 기여하는 요소로 포함한다.
• 안디르치와 BUST 간의 일일 파동 진폭과 단위를 비교하여 일관성을 확인하고 공통된 물리적 메커니즘을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주선 강도의 태양 일일 파동은 무엇에 의해 발생하며, 대기압과 지구의 궤도 운동은 어떤 기여를 하는가?
• RQ2 우주선 강도의 천체일 일일 파동은 어느 정도의 정도로 본질적인 우주선 이방성에 기인하는가?
• RQ3 안디르치 대기 샤워 어레이에서 측정한 일일 변화는 백산 지하 산란 탐지기에서의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 일일 조절은 다양한 에너지 임계값(≥2.5 TeV 및 ≥100 TeV)과 탐지기 유형에서 일관된가?
• RQ5 콤프턴-기팅 효과는 관측된 태양 일일 파동의 진폭과 단위를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 우주선 강도의 태양 일일 파동은 주로 대기압 변화와 지구의 궤도 운동으로 인한 콤프턴-기팅 효과에 의해 주도된다.
• 안디르치와 BUST 양측에서 관측된 천체일 일일 파동은 우주선 이방성과 일치하며, 이는 우주선 플럭스의 방향성 의존성을 시사한다.
• 안디르치 어레이(≥100 TeV)와 BUST(≥2.5 TeV)에서 측정된 일일 변화의 진폭과 단위가 양호한 일치를 보이며 결과의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 콤프턴-기팅 효과는 고에너지 영역에서 특히 태양 일일 주기의 조절에 중요한 기여를 한다.
• 천체일 성분에서 강한 태양 일일 파동이 관찰되지 않아 천체일 신호가 기기나 대기적 영향으로 인한 것이 아님을 확인한다.
• 데이터는 일일 변화의 물리적 기원을 지지하며, 기기나 환경적 오차가 아닌 실제 물리적 현상임을 시사하며, 두 탐지기 모두 다양한 에너지 범위에서 일관된 결과를 제공한다.