Анализ направления прихода космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки ШАЛ
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №18(39)
Рубрика: Физико-математические науки
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №18(39)
Анализ направления прихода космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки ШАЛ
Analysis of the direction of the arrival of cosmic rays of ultrahigh energies according to the Yakut installation EAS
Lyubov Anempodistova
graduate student, Institute of Physics and Technologies, M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, Russia, Yakutsk
Аннотация. Вопрос об источниках космических лучей сверхвысоких энергий относится к области исследований на стыке астрофизики и физики элементарных частиц. Факт ускорения частиц до экстремальных энергий в определенных астрофизических объектах дает весьма ценную информацию о физических условиях в них. Целью является определение направления прихода космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской комплексной установкой ШАЛ им. Д.Д. Красильникова методом гармонического анализа по прямым восхождениям.
Abstract. The question of sources of ultra-high energy cosmic rays belongs to the field of research at the intersection of astrophysics and elementary particle physics. The fact that particles accelerate to extreme energies in certain astrophysical objects provides very valuable information about the physical conditions in them. The aim is to determine the direction of the arrival of cosmic rays of ultrahigh energies according to the Yakut complex installation of EAS named after D.D. Krasil'nikov method of harmonic analysis on the direct route.
Ключевые слова: космические лучи; широкие атмосферные ливни; частица сверхвысокой энергии; гармонический анализ.
Keywords: cosmic rays; extensive air showers; ultra-high energy particle; harmonic analysis.
Одним из основных вопросов при исследовании гигантских широких атмосферных ливней (ШАЛ) является определение энергии первичных частиц. Энергетический спектр первичных космических лучей сверхвысокой энергии получают из спектра ШАЛ по числу частиц в предположении, что существует связь между энергией и числом частиц. Такую связь обычно выявляют из теоретических расчетов, основанных на модели развития ШАЛ, в результате оценки зависит от используемой модели. На гигантских установках обычно регистрируется не число частиц, а их плотность на некоторых расстояниях от оси ливня.
Для более надежного определения параметров ливня в ЭВМ были заложены следующие критерии отбора событий: 1) зенитный угол ливня 
<60o ; 2) оси ливней расположены внутри периметра установки; 3) на каждой из трех станций, образующих треугольник, плотность частиц 
2 м-2.
Отобрав таким образом ливни, мы распределяем их по энергетическим интервалам и по небесным координатам.
Ливни с 
эВ преимущественно идут со стороны высоких галактических широт.
Данные с сайта Якутской комплексной установки ШАЛ имени Д.Д.Красильникова (за период времени 1974 – 2004 гг.).
Таблица 1.
Список событий прихода космических лучей с энергией E > 4х1019 эВ, регистрированных Якутской комплексной установкой ШАЛ
Где в первом столбце – порядковые номера регистрации космических лучей с энергией E > 4х1019 эВ, во втором – энергии космических лучей, умножаемые на 1019 эВ, в третьем – – зенитные углы, четвертом – прямые восхождения, пятом – склонения.
Определение направления прихода космических лучей сверхвысоких энергий методом гармонического анализа по прямому восхождению (расчеты сделаны на Еxcel):
Таблица 2.
Первая гармоника
|
первая гармоника |
||||||||
|
№ |
RA, град |
E19 |
RA, рад |
a_1i |
b_1i |
A_1 |
фаза_1 |
P(≥A_1) |
|
18 |
8,7 |
4,1 |
0,151844 |
0,058147 |
0,008898 |
|||
|
29 |
21,3 |
4,9 |
0,371756 |
0,054805 |
0,021368 |
|||
|
22 |
23,80 |
4 |
0,415389 |
0,053821 |
0,023738 |
|||
|
7 |
43,2 |
4,2 |
0,753984 |
0,04288 |
0,040268 |
|||
|
10 |
46,9 |
5,4 |
0,818561 |
0,040192 |
0,042951 |
|||
|
8 |
47,9 |
5,3 |
0,836015 |
0,039437 |
0,043646 |
|||
|
14 |
55,7 |
8,2 |
0,972151 |
0,033148 |
0,048594 |
|||
|
30 |
58,1 |
4,9 |
1,014039 |
0,031084 |
0,04994 |
|||
|
25 |
69,1 |
7,5 |
1,206025 |
0,020984 |
0,054953 |
|||
|
21 |
75,2 |
15 |
1,312491 |
0,015026 |
0,056872 |
|||
|
11 |
85,1 |
4,8 |
1,485279 |
0,005024 |
0,058609 |
|||
|
27 |
92,6 |
6,2 |
1,616179 |
-0,00267 |
0,058763 |
|||
|
20 |
108,9 |
5,6 |
1,900668 |
-0,01905 |
0,055652 |
|||
|
24 |
119,6 |
4,6 |
2,087419 |
-0,02906 |
0,051147 |
|||
|
33 |
128,7 |
5 |
2,246244 |
-0,03678 |
0,045907 |
|||
|
26 |
131,3 |
8,5 |
2,291623 |
-0,03882 |
0,044192 |
|||
|
4 |
150,7 |
11 |
2,630217 |
-0,0513 |
0,028787 |
|||
|
1 |
163,6 |
5,4 |
2,855365 |
-0,05643 |
0,016608 |
|||
|
19 |
167,8 |
4,4 |
2,928669 |
-0,0575 |
0,01243 |
|||
|
2 |
183,3 |
7 |
3,199196 |
-0,05873 |
-0,00339 |
|||
|
13 |
184,1 |
6,4 |
3,213159 |
-0,05867 |
-0,00421 |
|||
|
34 |
191 |
6,4 |
3,333587 |
-0,05774 |
-0,01122 |
|||
|
17 |
218,1 |
4,6 |
3,806572 |
-0,04629 |
-0,0363 |
|||
|
3 |
235,1 |
4,2 |
4,103279 |
-0,03366 |
-0,04824 |
|||
|
5 |
270,3 |
6,4 |
4,717636 |
0,000309 |
-0,05882 |
|||
|
31 |
274,3 |
5,3 |
4,787449 |
0,004411 |
-0,05866 |
|||
|
23 |
283,5 |
6,5 |
4,94802 |
0,013733 |
-0,0572 |
|||
|
16 |
297,3 |
6,2 |
5,188876 |
0,02698 |
-0,05227 |
|||
|
6 |
297,7 |
5,3 |
5,195857 |
0,027344 |
-0,05208 |
|||
|
9 |
302,8 |
4,5 |
5,284869 |
0,031866 |
-0,04944 |
|||
|
28 |
315 |
5,6 |
5,4978 |
0,041595 |
-0,04159 |
|||
|
15 |
335,2 |
6,8 |
5,850357 |
0,053399 |
-0,02467 |
|||
|
12 |
343 |
4,4 |
5,986493 |
0,056253 |
-0,0172 |
|||
|
32 |
351 |
4,9 |
6,12612 |
0,058099 |
-0,0092 |
|||
|
0,161848 |
0,238821 |
0,288496 |
55,87450729 |
0,492896172 |
||||
Таблица 3.
Вторая гармоника
|
вторая гармоника |
||||||||
|
№ |
RA, град |
E19 |
RA, рад |
a_2i |
b_2i |
A_2 |
фаза_2 |
P(≥A_2) |
|
18 |
8,7 |
4,1 |
0,151844 |
0,056132 |
0,017591 |
|||
|
29 |
21,3 |
4,9 |
0,371756 |
0,0433 |
0,039816 |
|||
|
22 |
23,80 |
4 |
0,415389 |
0,039665 |
0,043439 |
|||
|
7 |
43,2 |
4,2 |
0,753984 |
0,003693 |
0,058707 |
|||
|
10 |
46,9 |
5,4 |
0,818561 |
-0,0039 |
0,058694 |
|||
|
8 |
47,9 |
5,3 |
0,836015 |
-0,00594 |
0,058522 |
|||
|
14 |
55,7 |
8,2 |
0,972151 |
-0,02146 |
0,054768 |
|||
|
30 |
58,1 |
4,9 |
1,014039 |
-0,02597 |
0,05278 |
|||
|
25 |
69,1 |
7,5 |
1,206025 |
-0,04385 |
0,039208 |
|||
|
21 |
75,2 |
15 |
1,312491 |
-0,05115 |
0,029055 |
|||
|
11 |
85,1 |
4,8 |
1,485279 |
-0,05797 |
0,010012 |
|||
|
27 |
92,6 |
6,2 |
1,616179 |
-0,05858 |
-0,00533 |
|||
|
20 |
108,9 |
5,6 |
1,900668 |
-0,04648 |
-0,03605 |
|||
|
24 |
119,6 |
4,6 |
2,087419 |
-0,03012 |
-0,05053 |
|||
|
33 |
128,7 |
5 |
2,246244 |
-0,01283 |
-0,05741 |
|||
|
26 |
131,3 |
8,5 |
2,291623 |
-0,00758 |
-0,05833 |
|||
|
4 |
150,7 |
11 |
2,630217 |
0,030648 |
-0,05021 |
|||
|
1 |
163,6 |
5,4 |
2,855365 |
0,049446 |
-0,03186 |
|||
|
19 |
167,8 |
4,4 |
2,928669 |
0,05357 |
-0,0243 |
|||
|
2 |
183,3 |
7 |
3,199196 |
0,058434 |
0,006762 |
|||
|
13 |
184,1 |
6,4 |
3,213159 |
0,058222 |
0,008391 |
|||
|
34 |
191 |
6,4 |
3,333587 |
0,05454 |
0,022037 |
|||
|
17 |
218,1 |
4,6 |
3,806572 |
0,01403 |
0,057126 |
|||
|
3 |
235,1 |
4,2 |
4,103279 |
-0,02031 |
0,055205 |
|||
|
5 |
270,3 |
6,4 |
4,717636 |
-0,05882 |
-0,00062 |
|||
|
31 |
274,3 |
5,3 |
4,787449 |
-0,05816 |
-0,0088 |
|||
|
23 |
283,5 |
6,5 |
4,94802 |
-0,05241 |
-0,02671 |
|||
|
16 |
297,3 |
6,2 |
5,188876 |
-0,03407 |
-0,04795 |
|||
|
6 |
297,7 |
5,3 |
5,195857 |
-0,0334 |
-0,04842 |
|||
|
9 |
302,8 |
4,5 |
5,284869 |
-0,0243 |
-0,05357 |
|||
|
28 |
315 |
5,6 |
5,4978 |
1,51E-06 |
-0,05882 |
|||
|
15 |
335,2 |
6,8 |
5,850357 |
0,038126 |
-0,0448 |
|||
|
12 |
343 |
4,4 |
5,986493 |
0,048768 |
-0,03289 |
|||
|
32 |
351 |
4,9 |
6,12612 |
0,055945 |
-0,01818 |
|||
|
-0,04279 |
-0,04266 |
0,060425 |
44,91398 |
0,969442 |
||||
Из таблиц видно: амплитуда первой гармоники равна 28,90%, второй 6,00%; фаза первой - 55.9 градусов, второй 44.9 градусов; вероятность случайности получения амплитуды больше, чем 
первой - 49,30%, второй -96,90%. Так как вероятности случайности больше 1%, наблюдаемые амплитуды первой и второй гармоники согласуются с изотропным распределением при E>4*10^19 эВ.
Таблица 4.
Распределении космических лучей по прямому восхождению
Таблица 5.
Наблюдаемое распределение космических лучей по прямому восхождению
Заключение
В статье была рассмотрена тема прихода космических лучей сверхвысокой энергии. Сделан анализ направлений прихода космических лучей методом гармонического анализа, регистрированных Якутской комплексной установкой ШАЛ.
Метод поиска анизотропии по галактической широте является важным для решения вопросе о природе частиц сверхвысоких энергий.
Распределение частиц по широте при 1018 – 1019 эВ указывает скорее всего на их галактическое происхождение.
