Анизотропия массовых компонент космических лучей сверхвысоких энергий по данным эксперимента KASCADE

Для студентов 4 курса

Научный руководитель: Кузнецов Михаил Юрьевич (m.yu.kuzn@gmail.com)

Краткое описание: Происхождение космических лучей (заряженных частиц, КЛ) с энергиями выше ~1 ПэВ достоверно неизвестно. Предполагается, что как минимум до энергий 100 ПэВ, КЛ рождаются внутри нашей Галактики и удерживаются ее магнитным полем. Долгое время основным кандидатом на ускорители частиц до таких энергий были галактические сверхновые, но недавние наблюдения источников гамма-излучения с энергиями до ~1 ПэВ обсерваторией LHAASO не выявили их явной связи со сверхновыми и таким образом поставили эту модель под сомнение. В работе предлагается провести анализ анизотропии направлений прихода отдельных массовых компонент КЛ (протонов и ядер) в диапазоне энергий 1-100 ПэВ, которые были выделены в опубликованных данных эксперимента KASCADE (1998-2013) путем их переобработки с помощью машинного обучения. Наблюдение зависимости анизотропии КЛ от их массы позволит лучше понять физику межзвездной среды в которой они распространяются и также может дать дополнительные указания на происхождение КЛ. В случае успеха, такое измерение будет первым в мировой практике, причем благодаря существующему заделу есть шанс опередить основных конкурентов: работающие в настоящее время эксперименты IceTop и LHAASO. Работа связана с компьютерными симуляциями: предполагается наличие базовых навыков программирования, также плюсом будет знакомство с языком C/C++.

Аннотация >>>

Источники и состав космических лучей ультравысоких энергий

Для студентов 4 курса

Научный руководитель: Кузнецов Михаил Юрьевич (m.yu.kuzn@gmail.com)

Краткое описание: Одной из самых долгостоящих нерешенных проблем астрофизики является происхождение космических лучей ультравысоких энергий (КЛУВЭ) — заряженных частиц с энергиями до ~10^20 эВ приходящих из космоса. Их источники до сих пор неизвестны, а по массовому составу (т.е. по типу приходящих частиц) имеются противоречивые данные. Такая ситуация вызвана комплексом связанных проблем: заряженные частицы отклоняются в галактических и внегалактических магнитных полях, величина и морфология которых плохо известны, а изучение массового состава космических лучей затруднено недостоверностью знания физики адронов на столь высоких энергиях (превышающих энергии LHC более чем на порядок). Дополнительным фактором усложняющем задачу оказывается очень малая статистика детектированных КЛУВЭ (порядка десятков тысяч при энергиях > 10^19 eV в крупнейшем на сегодня эксперименте Pierre Auger). В этих условиях ценной оказывается любая дополнительная информация которую можно извлечь из данных о событиях КЛУВЭ — направлениях их прихода, энергиях и приблизительном массовом составе. В настоящей работе предлагается реализовать один из двух подходов к этой проблеме, использующих один и тот же математический формализм описанный в работе [1] и тот же программный код. В первом подходе предлагается исследовать лайклихуд распределения КЛУВЭ по небесной сфере относительно распределения их ожидаемых источников (крупномасштабной структуры Вселенной) и таким образом разработать новый способ ограничения концентрации источников КЛУВЭ в локальной Вселенной. Во втором подходе предлагается использовать похожий лайклихуд, содержащий также информацию о массовом составе КЛУВЭ для поиска их анизотропии. Разработанные методы можно будет примененить к данным эксперимента Telescope Array и к недавно опубликованным данным эксперимента Pierre Auger. Работа связана с компьютерными симуляциями: предполагается наличие базовых навыков программирования, также плюсом будет знакомство с языком C/C++. [1] M.Yu.Kuznetsov and P.G.Tinyakov, UHECR mass composition at highest energies from anisotropy of their arrival directions, JCAP 04, 065 (2021), [arXiv:2011.11590 [astro-ph.HE]]

Аннотация >>>