[论文解读] Search for correlation of UHECRs and BL Lacs in Pierre Auger Observatory data

Diego Harari|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究利用皮埃尔·让天文台（2004年1月至2007年3月）的14,143个事件，搜索超高能宇宙射线（UHECRs）与御夫座BL型天体之间的相关性。尽管统计量高于以往研究，未发现显著相关性；在0.9°范围内与BL Lac位置重合的UHECR事件数（11个）与各向同性通量预期值（12.1个）一致，否定了AGASA和雅库茨克实验早期报告的过剩相关性。

ABSTRACT

Several analyses of the data collected by other experiments have found an excess of cosmic rays in correlation with subclasses of BL Lacs. Data from the Pierre Auger Observatory do not support previously reported excesses. The number of events correlated with BL Lac positions is compatible with that expected for an isotropic flux.

研究动机与目标

• 利用皮埃尔·让天文台的高统计量数据，检验先前报告的UHECR与BL Lac天体之间的相关性。
• 评估在不同能量阈值和角距离下，潜在的UHECR–BL Lac关联的统计显著性。
• 解决早期实验（AGASA、雅库茨克）报告相关性过剩与HiRes实验未发现此类过剩之间的矛盾。
• 评估HiRes数据中观察到的相关性信号（在E > 10 EeV时，角距离为0.9°）在皮埃尔·让数据集中是否可在相同条件下重现。
• 在扩展搜索中扫描能量阈值和角距离后，确定是否存在初始测试中未检测到的残余相关性信号。

提出的方法

• 使用皮埃尔·让天文台表面探测器的14,143个UHECR事件，能量>3 EeV，天顶角<60°，其中包含1,672个能量>10 EeV的事件。
• 应用二项分布累积分布函数，计算在各向同性通量假设下，k个或更多事件偶然与BL Lac位置相关的概率P。
• 在能量阈值（3至38.8 EeV）和角距离（0.9°至3°）范围内扫描，评估参数空间中P值的显著性。
• 使用模拟的各向同性事件集，估算在多重检验校正下，观察到与数据中相同P值的偶然概率。
• 将结果与HiRes及早期实验的结果进行比较，考虑南北天区曝光量和源密度的差异。
• 聚焦于类星体和AGN星表第10版和第12版中确认的BL Lacs，要求光学星等m < 18，红移z > 0.1或未知。

实验结果

研究问题

• RQ1 皮埃尔·让天文台数据中，UHECR到达方向与BL Lac位置之间是否存在统计显著的相关性？
• RQ2 皮埃尔·让数据集（能量>10 EeV的事件数为以往研究的6倍）的更高统计量是否支持或反驳早期关于BL Lacs相关性过剩的报告？
• RQ3 HiRes实验在0.9°角距离和E > 10 EeV条件下报告的相关性信号，是否可在皮埃尔·让数据集中以相同条件重现？
• RQ4 在能量阈值和角距离的扩展扫描中，是否能发现初始测试中未检测到的残余相关性信号？
• RQ5 观察到的相关性是否与各向同性UHECR通量的统计涨落一致，还是表明存在真实的天体物理关联？

主要发现

• 在0.9°范围内与确认的BL Lac天体（m < 18）位置重合的UHECR事件数（11个）与各向同性预期值12.1个一致，偶然概率P = 0.67。
• 在四种测试情形（A–D）中均未发现显著相关性过剩，包括对204个确认BL Lacs和能量阈值从10至38.8 EeV的搜索。
• 扩展扫描中观察到的最小偶然概率P为0.03，对应于在E > 38.8 EeV时，204个BL Lacs周围2°范围内有6个事件相关，但该结果与各向同性涨落兼容（12%的模拟样本显示P值相等或更低）。
• HiRes数据中观察到的相关性信号（在E > 10 EeV时，0.9°范围内11个事件）在相同条件下预测皮埃尔·让数据中应有约18.5个事件，但实际仅观测到11个——强烈否定相关性假设。
• 结果在不同BL Lacs星表（第9至12版）、能量阈值和角距离下均稳健，任何配置中均未发现显著信号。
• 本研究结论为：UHECR到达方向与BL Lacs之间无相关性证据，数据与各向同性通量完全兼容。