[论文解读] Search for Sources of Cosmic Rays in the Region of the Knee. II

Г. В. Куликов, M. Yu. Zotov|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2006

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究将Alexandreas等人提出的方法应用于EAS–1000原型阵列数据（1997–1999年），在能量‘膝’附近（约3 PeV）搜索宇宙射线源候选体。研究识别出561个过量通量区域（S > 3.0），其空间分布与已知天体物理源（如超新星遗迹、脉冲星和活动星系核）在3°范围内的显著相关性，证实了先前发现，并强化了宇宙射线各向异性的存在与银河系及河外源在‘膝’能区的关联性。

ABSTRACT

New results of an analysis of arrival directions of extensive air showers registered with the EAS--1000 Prototype array from August 1997 till February 1999 are presented. The method of Alexandreas et al., which has been used for analysis of data registered with CYGNUS, Milagrito, HEGRA AIROBICC, KASCADE and a number of other experiments, is employed. The existence of zones of excessive flux of cosmic rays with energies in the region of the knee is confirmed, as well as closeness of the zones to coordinates of possible astrophysical cosmic ray sources.

研究动机与目标

• 利用EAS–1000原型阵列的到达方向数据，研究能量谱中‘膝’附近（约3 PeV）宇宙射线的起源。
• 检验先前研究中通过随机滤波方法识别出的过量宇宙射线通量区域（ZEFs）是否在采用更严格的统计方法后依然稳健。
• 评估识别出的ZEFs与已知天体物理源（如超新星遗迹、脉冲星和活动星系核）之间的空间相关性。
• 判断观测到的宇宙射线到达方向各向异性是否与局域天体物理源的辐射一致。

提出的方法

• 将Alexandreas等人提出的方法应用于包含1,366,010个已知到达方向的EAS完整数据集，避免了先前研究中使用的数据筛选。
• 通过100次随机化循环生成背景图：对每个簇射事件，随机选择一个到达时间，并据此重新计算相应的赤经与赤纬，以保持原始赤纬分布的特性。
• 通过平均所有随机化图中1°×1°像元内的EAS数量构建背景图，确保背景模型具有各向同性。
• 通过比较实测数据与背景图识别出过量通量区域（ZEFs），显著性定义为S = (N_real - N_bg)/√N_bg，以S > 3.0作为判定阈值。
• 通过Δα ≈ Δδ / cos(δ̄)定义规则像元，以确保在不同赤纬区域的面积一致，从而实现在全天范围内的可比性。
• 在≤3°的角距离内评估ZEFs与天体物理源（超新星遗迹、脉冲星、活动星系核）之间的空间重合。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用Alexandreas方法而非先前的随机滤波方法时，宇宙射线到达方向中的显著各向异性是否依然存在？
• RQ2 所识别出的过量通量区域是否与已知天体物理源（如超新星遗迹、脉冲星和活动星系核）存在空间相关性？
• RQ3 与先前通过随机滤波方法识别出的ZEFs相比，Alexandreas方法的结果在空间重叠程度和显著性方面有何异同？
• RQ4 ZEFs是否倾向于与银河系和超星系平面对齐，提示其与大尺度宇宙射线源结构存在关联？

主要发现

• Alexandreas方法识别出561个规则像元，其显著性S > 3.0，其中364个像元的S > 3.1，证实数据中存在显著的通量增强。
• 在561个高显著性像元中，364个被聚类为27个过量通量区域（A-区域），其中27个A-区域与先前通过随机滤波方法识别出的ZEFs在空间上高度对应。
• 在δ > -16°的110个银河系超新星遗迹中，有18个位于A-区域的3°范围内，包括著名的天体如仙后座A、蒂科超新星遗迹和蟹状星云。
• 在694颗脉冲星中，有154颗位于A-区域的3°范围内；在红移z ≤ 0.01的317个活动星系核及相互作用星系中，有139个位于A-区域的3°范围内，表明与潜在宇宙射线源存在强烈的空间聚集。
• 室女座星系群位于超星系平面（α ≈ 170°–200°）的一个大A-区域内，提示其可能与河外源群体存在关联。
• 在随机滤波方法识别出的37个ZEFs中，仅有3个无对应A-区域，而7个A-区域无匹配的ZEFs，表明两种方法之间存在高度但非完全一致的空间对应关系。