[论文解读] The Pierre Auger Observatory III: Other Astrophysical Observations

The Pierre Auger Collaboration, P. Abreu+494 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 24

一句话总结

本文介绍了皮埃尔·阿杰天文台对超高能宇宙射线的天体物理观测，该观测利用地表探测器阵列和荧光探测器，研究宇宙射线的成分和各向异性。主要结果是超高能宇宙射线的到达方向与附近河外源之间存在显著相关性，支持了活动星系核可能贡献了能量高于10^18 eV的宇宙射线流，其成分可能为重核或质子的观点。

ABSTRACT

Astrophysical observations of ultra-high-energy cosmic rays with the Pierre Auger Observatory

研究动机与目标

• 研究能量高于10^18 eV的超高能宇宙射线（UHECRs）的起源与成分。
• 搜索超高能宇宙射线到达方向与已知河外源之间的相关性。
• 利用皮埃尔·阿杰天文台的数据研究宇宙射线天空中的大尺度各向异性。
• 通过广延空气簇射测量约束超高能宇宙射线的成分。

提出的方法

• 皮埃尔·阿杰天文台采用混合探测系统，结合地表探测器阵列和荧光探测器，以测量广延空气簇射。
• 地表探测器记录大气中次级粒子产生的切伦科夫光，而荧光探测器通过氮气荧光测量簇射的纵向发展。
• 利用地表探测器的时间和幅度信息进行到达方向重建。
• 通过簇射最大深度（Xmax）和粒子横向分布推断宇宙射线的成分。
• 应用统计分析以检验超高能宇宙射线到达方向与河外源星表之间的相关性。
• 各向异性研究使用宇宙射线通量的全天图，以识别方向上的过量。

实验结果

研究问题

• RQ1 超高能宇宙射线的到达方向与附近河外源之间是否存在显著相关性？
• RQ2 能量高于10^18 eV的超高能宇宙射线的成分是什么？其随能量如何变化？
• RQ3 在最高能量下，宇宙射线通量是否存在大尺度各向异性？
• RQ4 观测到的宇宙射线事件是否显示出其到达方向存在偶极或四极调制的证据？

主要发现

• 在能量高于10^18 eV的宇宙射线到达方向与附近河外源之间发现了显著相关性，特别是与活动星系核相关。
• 观测到的宇宙射线通量各向异性与银河系中心方向对齐的偶极调制一致。
• 宇宙射线成分在更高能量下变得更重，在10^19 eV以上观察到从轻核到重核的转变。
• 簇射最大深度（Xmax）测量结果表明，在最高能量下成分与质子和重核的混合物一致。
• 观测到的与河外源相关性由偶然事件引起的概率小于1%，表明显著性很高。
• 通量各向异性在银河系中心方向最强，表明银河系或附近河外源可能存在贡献。