Программа РАН Физика нейтрино и нейтринная астрофизика Проект Теоретическое и экспериментальное исследование космических лучей сверхвысоких энергий Руководители: Е.Г. Бережко, И.Е. презентация

нейтрино и нейтринная астрофизика»

Проект
«Теоретическое и экспериментальное исследование
космических лучей сверхвысоких энергий»

Руководители: Е.Г. Бережко, И.Е. Слепцов


Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера
Якутск

Acceleration mechanism (?)

of Extensive Air Showers of secondary
particles, produced by high energy Cosmic Ray particle
in the Earth atmosphere

Includes electron, muon and Cherenkov light detectors

Purpose: Investigation of Cosmic Rays properties – energy spectrum,
composition, anisotropy – within the energy range 1015-1020 eV

Surface detectors (49x2+10)
- Cherenkov light detectors
(32)
- Muon detectors S=20 m2 (5)
- Large muon detector S=180 m2

- Differential detectors
of Cherenkov light (2)
- Future differential detector

ИЯИ: Glushkov et al. 2009)

м от оси ливня в зависимости от зенитного угла

ИКФИА + ИЯИ: Глушков и др. 2008

Смешанный состав КЛ при Е > 2∙1019 эВ

(Asakimori et al. 1998)

KASKADE (QGSJET, SIBYLL)
(Hörandel 2005)
HiRes (QGSJET, SIBYLL)
(Abbasi et al. 2005)

CRs from SNRs +
CRs from AGNs

Yakutsk

CRs from SNRs +
reacceleration +
Extragalactic CRs

Dip
p + γ → p + e+ + e-

(Berezinsky et al.2006)

GZK cutoff
p + γ → N + π

Experiment:
Akeno-AGASA
(Takeda et al. 2003)
HiRes
(Abbasi et al. 2005)
Yakutsk
(Egorova et al. 2004)

Berezhko (2009, ApJL)

10 ns
This will provide better angular resolution:

Present

Planned

Modernization of Yakutsk EAS array (2007-2011)

Supplement by new detectors:
differential Cherenkov light detectors to study Cosmic Ray composition

age T ≈ 1000 yr distance d = 2.2 kpc ISM density NH ≈ 0. 05 cm-3

age T ≈ 1600 yr distance d ≈ 1 kpc

выполнение работ по её дальнейшей модернизации
- продолжение получения, накопления и анализа данных наблюдений
- детальное исследования состава КЛ при энергиях выше 1017 эВ,
где ожидается переход
от галактической к внегалактической компоненте КЛ
- развитие теории ускорения КЛ в остатках сверхновых
и в ядрах активных галактик


Запрашиваемое на 2010 год финансирование - - - 3 млн.руб.

by shocks (1977)

Kinetic nonlinear theory of CR acceleration
in Supernova Remnants (1993…)

Theory provides detail prediction of the properties of CRs and
associated emission, produced in SNRs

345 yr
Radius 2 pc

(Boezio et al. 2003)

ATIC-2 (Panov et al. 2006)

JACEE (Asakimori et al. 1998)

KASKADE (Antoni et al. 2005)

εmax ~ Z

Amplified magnetic field

Bd2/(8π) ≈ 10-2ρ0VS2


Bd >> BISM

knee

extragalactic CRs

Galactic CRs
(from SNRs + reacceleration)
+ extragalactic CRs

Galactic CRs

Extragalactic
CRs

Galactic CRs

Extragalactic CRs

Precise measurement of CR spectrum
and composition at 1017-1019 eV is needed
to find transition region between galactic and
extragalactic CR components

p + e+ + e-

p + γ → N + π

CRs from extragalactic sources

CR angular distribution

Ivanov(2008)

CRs from AGN directions
(within 3о)

equipped with two 2m2 scintillation detectors and
with Cherenkov light detector

5 muon detectors of 20 m2 (1 GeV threshold)

2 differential Cherenkov detectors

Muon detector of 180 m2

10 additional scintillation detectors
and 14 Cherenkov detectors within the central part
for registration of EAS with energies 1014-1017 eV

sources
(Berezinsky et al.2006)

Dip scenario

Dip
p + γ → p + e+ + e-

GZK cutoff
p + γ → N + π

Experiment:
Akeno-AGASA
(Takeda et al. 2003)
HiRes
(Abbasi et al. 2005)
Yakutsk
(Egorova et al. 2004)

Berezhko & Völk (2007)

spectrum of CRs

Ankle scenario

345 yr

Radius 2 pc

Circumstellar medium:
free WR wind +
swept up RSG wind +
free RSG wind

(Asakimori et al. 1998)

KASKADE (QGSJET, SIBYLL)
(Hörandel 2005)
HiRes (QGSJET, SIBYLL)
(Abbasi et al. 2005)

CRs from SNRs +
CRs from AGNs

CRs from SNRs +
reacceleration +
Extragalactic CRs

E.G.Berezhko

Yu.G.Shafer Institute
of Cosmophysical Research and Aeronomy
Yakutsk, Russia