Поиск анизотропий на сверхвысоких энергиях
После более чем десятилетних наблюдений с крупнейшими обсерваториями космических лучей на сверхвысоких энергиях направления поступления наиболее энергичных частиц, известных на сегодняшний день, представляются почти изотропными, измеренными из Северного полушария с помощью системы телескопов (TA) и из Южного полушария с помощью обсерватории Пьера Оже. Большая экспозиция, накопленная этими двумя массивами за эти годы, тем не менее, позволяет заглянуть в предпочтительные направления за пределы лодыжки спектра космического излучения, которая может быть лишь вершиной айсберга.
Программа "Сотрудничество Пьера Оже" сообщила об обнаружении крупноугольной модуляции скорости космических лучей при правом подъеме с небольшой, но значительной амплитудой.
Для энергий, в которых подавляется поток космических лучей, система "Сотрудничество в области телескопических сетей" сообщила о кластеризации событий в промежуточном угловом масштабе. Наиболее значительное превышение пороговых энергий обнаруженное в массиве данных обсерватории Пьера Оже, не достигло уровня 3σ в рамках процедуры поиска, принятой для независимых моделей.
Ожидается, что амплитуда и направление действия UHE анизотропий будет изменяться в зависимости от энергии. Наблюдения за пределами дают доступ к немалой части локальных исследований анизотропий по всей небесной сфере в этих режимах, таким образом, могут дать неоценимое представление как о распространении UHECRs в космических масштабах, так и о распределении их источников, будь то локализация в нескольких направлениях или распределение по местным структурам.
Массив телескопов и наборы данных обсерватории Пьера Оже
Массив телескопов полностью введен в эксплуатацию с мая 2008 года. Данные с фидуциарными сокращениями, использовались до мая 2017 г. при превышении энергетического порога, когда массив из 507 детекторов сцинтилляторов является полностью эффективным.
Детекторы телескопической системы покрывают площадь около 700 км с зенитным углом обзора до 55◦. Геометрическая экспозиция, связанная с набором данных, с поправкой на миграцию из одного бина в другой, вызванную ограниченным энергетическим разрешением, оценивается в 11 500, увеличиваясь менее чем на 1% при самых высоких энергиях.
Обсерватория Пьера Оже приступила к сбору данных в 2004 году и с января 2008 года начала функционировать в полном объеме.
Были предоставлены два набора данных, с оптимизированными срезами, с одной стороны, для анализов выше порога полной эффективности, а с другой стороны, для анализов с наибольшей энергией.
Набор низкоэнергетических данных состоит из событий, обнаруженных в период с 1 января 2004 года по 31 августа 2016 года. Углы Зенита до 60◦ освещаются с помощью так называемых "вертикальных" событий, тогда как для так называемых "наклонных" событий используется другая реконструкция с 60◦ до 80◦. 1600 детекторов воды-Черенкова обсерватории Пьера Оже развернуты на площади почти 3000 км2 , в результате чего их геометрическая экспозиция составила 2.2
Облучение с помощью телескопической сети и сотрудничества Пьера Оже определяется с точностью выше 3%, т.е. на уровне, при котором контрастность потока, восстановленного из Северного и Южного полушарий, не окажет существенного влияния на ограничения анизотропии, учитывая текущую статистику UHECR. С другой стороны, на исследования анизотропии полного неба может оказать существенное влияние систематический сдвиг энергетических масштабов, неопределенность которого, по оценкам, составляет 21% и 14% для массива телескопов и обсерватории Пьера Оже, соответственно.
Поиск анизотропий на всех уровнях: методы анализа
Полное небо обеспечивает доступ к объективной оценке спектра угловой мощности на всех угловых шкалах [7], особенно на низких множителях (дипольных, квадрупольных), где можно измерить весь спектр анизотропии без влияния эффекта окна, возникающего в результате частичного покрытия. Помимо поиска, основанного на сферической гармонике, мы также впервые исследуем локализованные превышения при самых высоких энергиях, впервые с полным небом. Такие поиски стали возможны благодаря реконструкции карт потоков и значимости UHECR.
Реконструкция потока и спектра угловой мощности
Моделирование методом Монте-Карло используется для оценки распределения угловой мощности, которое, как ожидается, будет получено из ограниченной статистики, исходя из предположения из из изотропного распределения. Распределение угловой мощности можно отнести к двум источникам:
- ограниченное количество событий во всей сфере. Этот источник неопределенности можно выделить, моделируя ряд событий, идентичных событиям, собранным при превышении каждого энергетического порога в соответствии с направленным воздействием
- неопределенность в процедуре перекрестной калибровки энергии из-за ограниченного числа событий в перекрестной калибровочной полосе. Совокупный эффект этого источника неопределенности и ограниченной статистики по всей сфере может быть оценен путем изменения, в процессе моделирования Монте-Карло, нормализации воздействия на каждую обсерваторию в рамках эффективной неопределенности. Основной источник неопределенности оценивается по разрешению потока в общем диапазоне.
Заключение
Сеть телескопов и сотрудничество Пьера Оже собрали самый большой на сегодняшний день массив данных по сверхвысоким энергиям. Сочетание данных, полученных из Северного и Южного полушарий, позволяет охватить всю небесную сферу, как это было продемонстрировано на предыдущих конференциях UHECR. Впервые представлены исследования как энергетического диапазона за пределами лодыжки, так и выше подавления потока, где можно ожидать крупномасштабные и среднемасштабные анизотропные модели.
Количество мероприятий увеличилось в три раза по сравнению с предыдущими усилиями. Этот большой набор данных позволил провести надежную перекрестную калибровку потока в общей полосе отклонения, что свидетельствует не только о сдвиге энергетических масштабов обеих обсерваторий, но и о растяжении, которое было дополнительно изучено совместной рабочей группой, занимающейся вопросами космического спектра излучения.
Представленные в статье исследования, не выявили существенных анизотропий, интересные версии могут быть использованы и в дальнейшем. Это особенно касается ограничений на квадруполярные компоненты в низкоэнергетическом диапазоне и поиска в сверхгалактической плоскости на самой высокой, где наличие "кольца огня" можно было бы вывести из карт течения и значимости.
Будущие поиски анизотропий на основе набора данных, представленных в разных трудах, могут пролить новый свет на распределение UHECRs в небесной сфере, где совокупный поток от источников может способствовать, или в промежуточных угловых масштабах при высоких энергиях, где вклады от нескольких объектов после местных внегалактических структур могут выделяться. Продолжается поиск самых экстремальных ускорителей во Вселенной по анизотропной тропе.
