[논문 리뷰] 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. Dawson외 10명|arXiv (Cornell University)|1998. 06. 06.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 단안 및 이안 모드에서의 플라이스 아이 검출기 데이터를 사용하여 2×10¹⁷ eV에서 10²⁰ eV 사이의 우주선 도착 방향을 분석한다. 0.4–1.0×10¹⁸ eV 범위에서 유의미한 은하수면 증가(0.06% 미만의 p값)를 관측하였으며, 피크 증가 요인 f_E는 0.104 ± 0.036로 나타났다. 반면, 북남 방향 기울기나 초은하 구조의 비등방성은 관측되지 않았다.

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

연구 동기 및 목표

• 2×10¹⁷ eV 이상의 우주선 도착 방향에서 대규모 비등방성을 조사하기 위해.
• 우주선 플럭스가 은하수면 근처 또는 북극-남극 방향으로 선호되는 증가를 보이는지 확인하기 위해.
• 통계적 검정을 통해 관측된 비등방성의 유의미성을 등방성 예측과 비교하기 위해.
• 초은하 좌표계에서 우주선 분포의 대규모 구조 상관관계를 드러내는지 검토하기 위해.

제안 방법

• 단안 및 이안 작동 모드에서 수집된 플라이스 아이 검출기 데이터를 에너지 의존성 분석에 사용하였다.
• 도착 방향을 은하좌표계 및 초은하좌표계에 따라 분할하여 방향 의존성을 평가하였다.
• 우주선의 은하수면 비등방성을 정량화하기 위해 Wdowczyk와 Wolfendale의 평면 증가 함수를 적합시켰다.
• 천구 극 방향의 비대칭성을 테스트하기 위해 북남 기울기 기능 형태를 적용하였다.
• 등방성 분포의 몬테카를로 시뮬레이션에서 유도된 p-값을 사용하여 통계적 유의성을 평가하였다.
• 에너지 범위는 2×10¹⁷ eV에서 10²⁰ eV까지이며, 0.4–1.0×10¹⁸ eV 범위에서 세밀한 에너지 분할을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2×10¹⁷ eV에서 10²⁰ eV 사이의 에너지 범위에서 은하수면 근처의 우주선 플럭스에 통계적으로 유의미한 증가가 있는가?
• RQ2 동일한 에너지 범위에서 천구의 북극-남극 방향으로 우주선 플럭스에 기울기가 존재하는가?
• RQ3 관측된 은하수면 비등방성의 진폭과 에너지 의존성은 무엇인가?
• RQ4 초은하 좌표계로 그린 우주선 방향에서 대규모 비등방성이 드러나는가?
• RQ5 관측된 비등방성은 등방성 분포에서 기대되는 변동성과 비교해 얼마나 유의미한가?

주요 결과

• 2×10¹⁷ eV에서 3.2×10¹⁸ eV 사이의 에너지 범위에서 작은 유의미한 은하수면 증가가 관측되었으며, p-값은 0.06% 미만이었다.
• 가장 뚜렷한 증가 요인 f_E = 0.104 ± 0.036는 0.4–1.0×10¹⁸ eV 에너지 범위에서 나타났다.
• 우주선 도착 방향 분포에서 통계적으로 유의미한 북남 기울기는 발견되지 않았다.
• 초은하 좌표계에서 데이터를 분석했을 때 등방성에서의 유의미한 편차는 관측되지 않았다.
• 초은하 위도 분포를 고려할 때 결과는 등방성 배경과 일치한다.
• 관측된 비등방성은 대규모 구조나 방향 비대칭성보다는 은하수면 증가에 의해 가장 잘 설명된다.