La nascita della astronomia dei raggi cosmici? Indicazioni dall' Osservatorio P. Auger

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La nascita della astronomia dei raggi cosmici? Indicazioni dall' Osservatorio P. Auger Aurelio F. Grillo Teramo 8/05/08

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La nascita della astronomia dei raggi cosmici? Indicazioni dall' Osservatorio P. Auger. Aurelio F. Grillo Teramo 8/05/08. Nuclear (p, He.... Fe) component. Knee. Ankle. Few/km sq per century. ?. p. Nuclei. p?. for extragalactic protons. On CMBR photons. - PowerPoint PPT Presentation

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La nascita della astronomia dei raggi cosmici?Indicazioni dall' Osservatorio P. Auger

Aurelio F. Grillo Teramo 8/05/08

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Nuclear (p, He.... Fe) component

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Knee

Ankle?

Few/km sqper century

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pp?

Nuclei

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E ZB Dacc

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for extragalactic protons

On CMBR photons

EE

≈m

E

≈6 Mpc Dmax≈50−100 Mpc

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The Auger hybrid concept

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Almost completely operating, now 1 year full observatory !~

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Fluorescence light

Fluorescence Detector FD Surface Detector SD

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The Auger hybrid concept

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The spectrum: most statistically significant from SD calibrated in energy by “hybrid” events - energy systematic error ~22 %, mostly from systematic of the FD detector (fluorescence yield, atmospheric transparency....)

Surface Detector SD

Fluorescence Detector FD

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Ultra High Energy CR spectrum ICRC07

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6

E−2.6

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Evidence for GZK cutoff? Likely

fit

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Cosmic Ray astronomy?

If UHECRs origin is astrophysical, astronomy may be possible above some x 1019 eV if particles are protons(and IG magnetic fields small)

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If UHECRs origin is astrophysical, astronomy may be possible above some x 1019 eV if particles are protons(and IG magnetic fields small)

Around ~1020 eV particles can only arrive fromwithin ~ 100 Mpc (in case of GZK)

Cosmic Ray astronomy?

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If UHECRs origin is astrophysical, astronomy may be possible above some x 1019 eV if particles are protons(and IG magnetic fields small)

Around ~1020 eV particles can only arrive fromwithin ~ 100 Mpc (in case of GZK)

A statistically significant correlation with sources in theGZK spere would unambiguously prove the reality ofthe cutoff (and give hints on the nature of sources)

Cosmic Ray astronomy?

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The “Telescope”

- Angular resolution ~ 1 degree

- Pointing Accuracy ~ 1 degree

- Charged Messengers => deviation in mag. fields

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Exposure of the experiment in Galactic coordinates

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The (Aug. 2007) astronomy analyses

~9000 km2 sr yr, trigger efficiency ~100%

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Search for point sources:the motivation

Small magnetic deflection Only nearby sources if GZK feature ok Nearby Universe anisotropic

1 EeV =1018 eV

Regular Gal. B field

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Search for point sources:the motivation

Small magnetic deflection Only nearby sources if GZK feature ok Nearby Universe anisotropic

Indication of GZK from spectrum Bounds on photons/neutrinos Acceleration favoured vs. top-down

1 EeV =1018 eV

Regular Gal. B field

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Search for point sources:the method

Need to search correlations of a selected sample of events with astrophysical objects.... how and where?

Large parameter space: -- events -> Energy, angular aperture

Sources -> what sources: type, distance (z)........

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Search for point sources:the method

Need to search correlations of a selected sample of events with astrophysical objects.... how and where?

Large parameter space: -- events -> Energy, angular aperture

Sources -> what sources: type, distance (z)........

Method: perform a scan in the parameters space, after having chosen sources of a given type from a catalogue

Chosen Veron-Cetty, Veron Catalogue of AGNs

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Search for point sources:the method

Some definitions: p -- exposure-weighted fraction of the sky accessible to observation, covered by windows of radius ψ centred on the selected sources. P -- probability that k or more out of a total of N events from isotropic flux are correlated by chance with the selected objects at the chosen angular scale

this probability needs 'penalization' i.e. Pfin

= P/Nt (from MC)

z<0.018

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Search for point sources:the strategy

Performed an exploratory scan. Eth > 4 1019 eV

z < 0.024 Of 15 events with Eth > 5.7 1019 eV,

12 correlated within with AGNs with z<0.019, while 3.2 expected with these parameters

16

3.1o

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Search for point sources:the strategy

Performed an exploratory scan. Eth > 4 1019 eV

z < 0.024 Of 15 events with Eth > 5.7 1019 eV,

12 correlated within with AGNs with z<0.018, while 3.2 expected with these parameters

Further search performed with these a priori fixed parameters, ending when the probability to incorrectly reject hisotropy hypotesis < 1%

Search started May 2006, ended May 2007 when 6/8 events found correlating.

In sample May 2006 – Aug 2007 8/13 correlating P= 1.7 10-3

16

3.1o

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Search for point sources:the strategy

Rescan whole dataset with improved reconstr. algorithm to fix parameters.

20 out of 27 events correlated

(a posteriori) Pfin(iso)~10-5

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Equatorial coordinates

South pole

SuperGalactic plane

Galactic plane

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Search for point sources:the PAO Sky Map

PAO events

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AGNs from VC-V catalogue (z<0.018)

PAO events

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Search for point sources:the PAO Sky Map

CenAVirgo

AGNs from VC-V catalogue

PAO events

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Search for point sources:the PAO Sky Map

CenAVirgo

AGNs from VC-V catalogue

PAO events

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Search for point sources:the PAO Sky Map

CenAVirgo

AGNs from VC-V catalogue

If region of Galactic plane excluded, 19 out of 21 events do correlate

PAO events

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CenAVirgo

AGNs from VC-V catalogue

Leiden – Argentine – Bonn Hydrogen Survey

PAO events

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Search for point sources:the PAO Sky Map

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Both for real events and simulated sets of same size, either isotropic or source

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CenA

Search for point sources:the PAO Sky Map

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Search for point sources:the PAO Sky Map

AGNs: sources or tracers??

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Search for point sources:the PAO Sky Map

AGNs: sources or tracers??

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Search for point sources:the PAO Sky Map

AGNs: sources or tracers??No significant correlation (yet) with Abell,REFLEX, NORAS catalogues of clusters of galaxies, nor starburst radio galaxies

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AGNs: sources or tracers??No significant correlation (yet) with Abell,REFLEX, NORAS catalogues of clusters of galaxies, nor starburst radio galaxies

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Search for point sources:the PAO Sky Map

AGNs: sources or tracers??No significant correlation (yet) with Abell,REFLEX, NORAS catalogues of clusters of galaxies, nor starburst radio galaxies

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CenA

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The GZK “horizon”

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The GZK “horizon”

Indication of the need of energy shift?Too early, exclude other selection effects (foreground, bias of method..)

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Magnetic fields

Extragalactic (irregular)

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Magnetic fields

Extragalactic (irregular)

B rms L c10−9 G Mpc

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Possibly Some open issues:-- Statistic: 27 events E> 5.7 1019 eV. One more year of data will double N.

Birth of (nuclear) Cosmic Ray Astronomy?

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Possibly Some open issues:-- Statistic: 27 events E> 5.7 1019 eV. One more year of data will double N.-- Energy: at 5.7 1019 eV GZK Horizon ~ 200 Mp > 75

upward shift of energy calibration consistent with sistematic error can reconcile

Birth of (nuclear) Cosmic Ray Astronomy?

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Possibly Some open issues:-- Statistic: 27 events E> 5.7 1019 eV. One more year of data will double N.-- Energy: at 5.7 1019 eV GZK Horizon ~ 200 Mp > 75 but...

upward shift of energy calibration consistent with sistematic error can reconcile-- Type of particles: some hint of heavy nuclei, larger deviation in GMF

Birth of (nuclear) Cosmic Ray Astronomy?

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HiRes does not confirm

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We are probably at a turning date for Cosmic Ray Astrophysics Sources of Cosmic Rays may have been detected, although their real identity

still unclear The Greisen-Zatsepin-Kuzmin feature has been probably detected

Conclusions?

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We are probably at a turning date for Cosmic Ray Astrophysics Sources of Cosmic Rays may have been detected, although their real identity

still unclear The Greisen-Zatsepin-Kuzmin feature has been probably detected

Conclusions?

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We are probably at a turning date for Cosmic Ray Astrophysics Sources of Cosmic Rays may have been detected, although their real identity

still unclear The Greisen-Zatsepin-Kuzmin feature has been probably detected

Conclusions?

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We are probably at a turning date for Cosmic Ray Astrophysics Sources of Cosmic Rays may have been detected, although their real identity

still unclear The Greisen-Zatsepin-Kuzmin feature has been probably detected

A very interesting future is approaching!!

Conclusions?

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Magnetic fields

Difficult – impossible if nuclei

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Magnetic fields

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Magnetic fields

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Magnetic fields

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Search for point sources:the PAO Sky Map

Magnetic fields

Problem not serious (yet!) also: non correlating events chance correlating events

Preliminary!!

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HiRes HiRes energy x 0.83

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CenA

Search for point sources:the PAO Sky Map

Preliminary!!

No distinctive feature of correlated AGNs identified. AGNs: sources or tracers?

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