Espectro de potência angular dos raios cósmicos medidos no Observatório Pierre Auger

Abstract

Desde a descoberta dos raios cósmicos há mais de 100 anos, muito conhecimento tem sido adquirido a respeito dessa radiação cósmica. No entanto, com relação àqueles de energias acima de 1018 eV, denominados raios cósmicos de ultra alta energia - UHECR (Ultra High Energy Cosmic Rays), ainda hoje permanecem grandes questões em aberto, como a respeito de suas origens, composições químicas e como as mesmas conseguem adquirir energias tão altas que nenhum acelerador de partículas já construído pelo homem foi capaz de alcançar. A dificuldade de se estudar os UHECRs se deve ao seu fluxo extremamente baixo, podendo chegar a uma partícula por km2 por ano para raios cósmicos com energias acima de 1019 eV. Com o objetivo de compreender a física dessas partículas, foi construído o maior observatório de raios cósmicos do mundo, o Observatório Pierre Auger, que atualmente é o estado da arte em detecção de raios cósmicos de ultra alta energia. Em especial, o estudo de anisotropias nas direções de chegada dos raios cósmicos de ultra alta energia é fundamental para a compreensão astrofísica destas partículas. Neste sentido, o espectro de potência angular, peça chave para o estudo de anisotropias em múltiplas escalas angulares, é o principal tema deste trabalho. Assim, usando dados colhidos pelo Observatório Pierre Auger, atualizamos as medidas do espectro de potência angular reportadas anteriormente para eventos com energia superiores a 4 EeV, utilizando um conjunto de eventos 2,2 vezes maior (correspondendo a 5 anos a mais de dados). Os resultados apontam para uma anisotropia dipolar muito forte para eventos com energias acima de 8 EeV, com uma significância estatística maior do que a reportada anteriormente pela Colaboração Auger via espectro de potência angular. Uma vez que é extremamente difícil estimar a exposição do observatório para energias nas quais não possuímos uma máxima eficiência de detecção, utilizamos um método de máxima razão de verossimilhança para a determinação do mapa de intensidade dos raios cósmicos e então reconstruir o espectro de potência angular para energias abaixo de 4 EeV. Este estudo foi realizado pela primeira vez na literatura de raios cósmicos de baixas energias (E > 0,03 EeV). Para todos os conjuntos de eventos com energias abaixo de 8 EeV, nenhum desvio de isotropia foi encontrado. Além disso, os resultados mostram que para energias abaixo de 4 EeV, as fases dipolares em ascensão reta não estão muito distantes do centro galáctico enquanto que para energias acima de 4 EeV as fases dipolares se distanciam do centro galáctico, concordando com a hipótese de uma transição galáctica para extragaláctica com respeito às origens dos raios cósmicos. Os resultados obtidos neste trabalho, juntamente com informações a respeito da composição química do raio cósmico primário em função da energia, são ingredientes fundamentais para nosso entendimento a respeito destas partículas super energéticas