未来高统计量实验对超高能宇宙射线各向异性的预期
高能天体物理现象
2014-09-05 v1
摘要
超高能宇宙射线 (UHECRs) 因其极具挑战性的高能量及其在约束宇宙最高能源物理过程和天体物理参数方面的潜在价值而备受关注。目前的探测器未能探测到预期的显著各向异性，而这些各向异性本应有助于源识别。关于 UHECR 成分的一些迹象表明，其在最高能量下可能变得更重，这甚至让人质疑能否在短期内实现上述目标。我们研究了一种具有 10 倍更大曝光量的新一代探测器的潜在价值，以克服当前局面，在各向异性探测及 UHECR 研究方面取得重大进展。我们以 JEM-EUSO 的预期性能为例，假设其具有均匀的全天覆盖和 300,000 km sr yr 的总曝光量。我们在当前约束允许的广泛天体物理场景下，模拟了真实的 UHECR 天图，考虑了 UHECR 的能量损失、光致解离以及磁场的偏转效应。针对 JEM-EUSO 的预期统计量以及作为参考的当前 Auger 统计量构建的这些天图，利用两点相关函数从其内在各向异性的角度进行了分析。我们对每种天体物理场景下的所得各向异性进行了统计研究，改变了 UHECR 源成分、能谱以及源密度。我们发现，对于所研究的基本所有天体物理场景，下一代 UHECR 探测器有望探测到显著的各向异性，并为此陈述赋予了精确的定量含义。我们的结果表明，曝光量增加一个数量级将与现有探测器相比产生显著差异。
引用
@article{arxiv.1401.1119,
title = {Anisotropy expectations for ultra-high-energy cosmic rays with future high statistics experiments},
author = {Benjamin Rouillé d'Orfeuil and Denis Allard and Cyril Lachaud and Etienne Parizot and Carl Blaksley and Shigehiro Nagataki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.1119},
year = {2014}
}
备注
26 pages, 28 figures