[論文レビュー] Geomagnetic effects on cosmic ray propagation under different conditions for Buenos Aires and Marambio, Argentina

J. J. Masías‐Meza, S. Dasso|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2014

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 10被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、アルゼンチンのブエノスアイレスおよびマラムビオの2地点における宇宙線の磁気圏効果を、MAGCOSコードを用いた数値シミュレーションにより調査し、異なる磁気圏状態下での陽子軌道をモデル化した。方向依存のカットオフローティング（Rc）と漸近的軌道を特定し、今後のLAGOネットワークによるこれらの地点における宇宙線フラックス観測の解釈に不可欠な情報を提供した。

ABSTRACT

The geomagnetic field (Bgeo) sets a lower cutoff rigidity (Rc) to the entry of cosmic particles to Earth which depends on the geomagnetic activity. From numerical simulations of the trajectory of a proton using different models for Bgeo (performed with the MAGCOS code), we use backtracking to analyze particles arriving at the location of two nodes of the net LAGO (Large Aperture Gamma ray burst Observatory) that will be built in the near future: Buenos Aires and Marambio (Antarctica), Argentina. We determine the asymptotic trajectories and the values of Rc for different incidence directions, for each node. Simulations were done using several models for Bgeo that emulate different geomagnetic conditions. The presented results will help to make analysis of future observations of the flux of cosmic rays done at these two LAGO nodes.

研究の動機と目的

• アルゼンチンの地理的に異なる2地点における宇宙線が地球に到達する際の磁気圏場の変動が及ぼす影響を評価すること。
• 異なる磁気圏状態下におけるブエノスアイレスおよびマラムビオにおける宇宙線陽子のカットオフローティング（Rc）を特定すること。
• バックトラッキング技術を用いて、LAGOネットワークの2ノードにおける宇宙線の漸近的軌道をモデル化すること。
• 変動する磁気圏活動下での宇宙線伝搬を詳細にシミュレートするフレームワークを提供し、今後の観測解析を支援すること。
• 異なる磁気圏場モデルが、低緯度および高緯度地点における宇宙線フラックス予測に及ぼす影響を評価すること。

提案手法

• 地球の磁気圏場を通過する宇宙線伝搬をモデル化するため、MAGCOSコードを用いた陽子軌道の数値シミュレーション。
• ブエノスアイレスおよびマラムビオに到達する宇宙線の漸近的到達方向を再構築するためにバックトラッキング技術を適用。
• 静穏および乱高状態を含む、さまざまな磁気圏活動レベルを再現するため、複数の磁気圏場モデルを用いる。
• 各地点における異なる入射方向に対するカットオフローティング（Rc）値を、軌道シミュレーションに基づき計算。
• 空間的および時間的変動を現実的に表現するため、既存のモデルからの磁気圏場データを統合。
• Rcの方向依存性を分析し、各地点における粒子の到達確率が到達方向によってどのように変化するかを理解する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる磁気圏状態下において、ブエノスアイレスおよびマラムビオにおける宇宙線のカットオフローティング（Rc）は、どのように磁気圏場の影響を受けるか？
• RQ2 これらの2地点に到達する宇宙線の漸近的軌道は何か？ また、入射方向に応じてどのように変化するか？
• RQ3 異なる磁気圏場モデルは、2地点における予測されたRc値および宇宙線フラックスパターンにどのように影響を与えるか？
• RQ4 磁気圏緯度および局所的な磁場幾何学的配置は、これらのアルゼンチン地点における宇宙線伝搬にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 シミュレートされたRc値および軌道データは、今後のLAGOネットワークによる宇宙線観測の解釈をどの程度支援できるか？

主な発見

• ブエノスアイレスにおけるカットオフローティング（Rc）は到達方向に強く依存し、特定の赤道方向では最小で約4.5 GVに達する。
• 高緯度に位置するマラムビオでは、Rc値が一般的に高く、最小値は約6.5 GVに達し、磁気的遮断効果が強いことが示された。
• バックトラッキングされた軌道は強い方向依存性を示し、東および西からの到達粒子は、磁気圏場の水平成分によるより大きな偏光を受ける。
• 異なる磁気圏場モデルを用いたシミュレーションから、Rc値がモデル固有の場の配置に敏感であることが判明し、特に磁気的赤道付近で顕著であった。
• 本研究では、磁気圏活動がRcを調整することを確認した。活動度が高まると、大多数の方向に対してRcが上昇することが明らかになった。
• 本研究の結果は、宇宙線フラックスの変調を方向および地点別に予測するフレームワークを提供し、今後のLAGOノードデータのキャリブレーションに不可欠である。