Searching for Sources of Ultra High Energy Cosmic Rays with a Clustering Analysis of arrival directions
Abstract
Ultra-høyenergiske kosmiske stråler (UHEKS) er partikler med energier over 10^18eV, og antas å komme fra ekstragalaktiske kilder. Siden oppdagelsen av kosmiskestråler har man undret seg over hvordan disse partiklene akselereres til slike ekstremeenergier, og hvilke kilder som har kraften til å drive denne akselerasjonsprosessen.Det finnes fortsatt ingen bekreftede UHEKS-tilvirkere.UHEKSer ankommer Jorden, og ved å bruke observatorier som tar opp et stortbakkeareal, er det mulig å bestemme deres ankomstretning og energi. På grunn avmagnetfeltene som finnes i universet, blir UHEKSenes baner avbøyd når de bevegerseg mot Jorden. I denne avhandlingen vil en multiplett-søk bli gjennomført på et settav simulerte UHECR-ankomstretninger, hvor magnetfeltene er tatt i betraktning.Multiplett-formalismen vil sammenligne ankomstretninger og energier av UHECRmed rekonstruerte kilde-retninger, for å se om det er mulig å skille en simulert kildefra en simulert bakgrunn. I tillegg vil en klyngeanalyse bli utført på de simulertepartiklene ved bruk av de rekonstruerte kilde-retningene.Simuleringsresultatene indikerte at ved lavere deklinasjoner m˚a en kilde være omtrent18% av den simulerte bakgrunnen for ˚a bli oppdaget. Å anvende denne analysenpå et virkelig datasett er mulig. Slik som de mest energiske hendelsene observert avPierre Auger-observatoriet. Ultra high energy cosmic rays(UHECR) are particles with energies above 1018eVand are assumed to come from extra-galactic sources [1]. From the discovery ofcosmic rays, one has wondered how these particles are accelerated to these extremeenergies and which sources have the power to fuel this acceleration process. Thereare still no confirmed UHECR producers.UHECRs arrive at Earth, and using event data from large-scale observatories makestheir arrival direction and energy possible to determine. Due to the magnetic fieldsinhabiting the Universe, the trajectories of UHECRs are deflected as they propagateto Earth. This thesis will conduct a multiplet search on a set of simulated UHECRarrival directions, where the magnetic fields have been accounted for. The multipletformalism will compare arrival directions and energies of UHECRs with reconstructedsource directions. This will determine if it is possible to distinguish a simulatedsource from a simulated background. A clustering analysis will also be performedon the simulated cosmic rays using the reconstructed source directions.This simulation showed that a source must be strong to be detected for lower declinations.Applying this analysis to a real dataset, such as the most energetic eventsobserved by the Pierre Auger Observatory, is possible.