[论文解读] 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. Dawson+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用 7

一句话总结

本研究利用Fly's Eye探测器在单目和立体模式下的数据，分析了能量范围为2×10¹⁷ eV至10²⁰ eV的宇宙射线到达方向。在0.4–1.0×10¹⁸ eV能量区间内，发现银河系平面存在统计显著的增强（p < 0.06%），峰值增强因子f_E = 0.104 ± 0.036，而未观测到明显的南北梯度或超星系结构各向异性。

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

研究动机与目标

• 研究2×10¹⁷ eV以上宇宙射线到达方向的大尺度各向异性。
• 确定宇宙射线通量在银河系平面附近或沿南北方向是否表现出优先增强。
• 通过统计检验评估观测到的各向异性相对于各向同性预期的显著性。
• 检查在超星系坐标系中是否能揭示宇宙射线分布与大尺度结构的相关性。

提出的方法

• 使用Fly's Eye探测器在单目和立体工作模式下获取的数据，进行能量依赖性分析。
• 将到达方向按银河系坐标和超星系坐标分箱，以评估方向依赖性。
• 拟合Wdowczyk和Wolfendale的平面增强函数，以量化银河系平面各向异性。
• 应用南北梯度函数形式，检验沿天极方向的不对称性。
• 通过各向同性分布的蒙特卡洛模拟生成的p值，评估统计显著性。
• 分析能量范围从2×10¹⁷ eV至10²⁰ eV，其中在0.4–1.0×10¹⁸ eV区间内进行了详细的能量分箱。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2×10¹⁷ eV至10²⁰ eV能量范围内，银河系平面附近是否存在统计显著的宇宙射线通量增强？
• RQ2 在相同能量范围内，宇宙射线通量在天球上是否表现出南北梯度？
• RQ3 观测到的银河系平面各向异性的幅度及其能量依赖性如何？
• RQ4 当宇宙射线方向映射到超星系坐标系时，是否存在大尺度各向异性的证据？
• RQ5 与各向同性分布预期的涨落相比，观测到的各向异性有多显著？

主要发现

• 在2×10¹⁷ eV至3.2×10¹⁸ eV能量范围内，观测到微弱但统计显著的银河系平面增强，p值小于0.06%。
• 最显著的增强因子f_E = 0.104 ± 0.036出现在0.4–1.0×10¹⁸ eV能量区间。
• 在宇宙射线到达方向分布中未发现统计显著的南北梯度。
• 在超星系坐标系中分析数据时，未观察到显著偏离各向同性的现象。
• 当考虑超星系纬度分布时，结果与各向同性背景一致。
• 观测到的各向异性最合理的解释是银河系平面增强，而非大尺度结构或方向不对称性。