Sensitivity to point-like sources of the ALTO atmospheric particle detector array, designed for $\rm 200\,GeV$--$\rm 50\,TeV$ $γ$-ray astronomy
在为$γ$射线天文学设计的大气簇射阵列的背景下,并在ALTO项目的背景下,我们提出:在专用蒙特卡罗模拟的基础上,研究宇宙射线背景中较重原子核对估计的$γ$射线探测性能的影响,这是一种计算对点状源的灵敏度的方法,以及最后在已知点状源列表上达到可靠检测所需的观测时间。
2023-03-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
No Tau? No Astronomy!
自2013年以来,IceCube级联阵雨突然过剩已经显示出超过30-60 TeV到PeV能量的快速味道变化。这种从TeV的主要μ子轨道到更高能量的簇射事件的变化,归功于中微子天文学的新注入。然而,最近公布的54个中微子HESE,高能起始事件,以及38个由冰立方周围形成的槽形μ子产生的外部μ子径迹,没有一个指向任何预期的X-γ或射电源:没有一个与GRB有关,没有指向活动BL Lac,也没有指向费米目录中的AGN源。与附近的质量分布(本星系群)没有明显的相关性,也与银道面没有明显的相关性。此外,还没有任何记录(在十几个200 TeV的能量事件中)由于τ中微子的诞生和衰变而引起的预期的双爆炸。一个令人惊讶和令人惊讶的不公平分配的味道与预期的民主之一。最后,内HESE事件谱和外交叉μ子径迹谱并不完全一致。此外,在60 TeV处明显的天体物理学中微子通量突然增加,可能也会在几PeV处突然被切断,以隐藏(尚未观测到的)6.3 PeV处的希霍共振峰。一种更为快速的迷人的大气中微子成分可以解释冰立方的大部分谜团。如果在不久的将来,2017-2018年,它不会在某个地方发出τ中微子信号(通过AUGER,TA,ASHRA或IceCube中的双爆炸中的τ空气簇射),那么将面临一系列后果。这些缺失的相关性,特别是tau信号的缺失迫使我们声称:没有Tau?没有中微子天文学。
2017-07-13 astro-ph.HE
Analysis optimisation for more than 10 TeV gamma-ray astronomy with IACTs
高能立体系统(H.E.S.S.)是目前正在运行的切伦科夫大气成像望远镜之一。H.E.S.S.工作在从几十GeV到50 TeV以上的宽能量范围内,在1 TeV左右达到最佳灵敏度。在这方面的贡献,我们提出了一种分析技术,这是优化的检测在最高的能量可访问的H.E.S.S.目标是将灵敏度提高到10TeV以上。它包括采用改进的事件方向重建和伽玛强子分离。在分析中还首次考虑了距摄像机中心事件偏移高达4.5 $^{\circ}$的大范围空气簇射,从而增加了H.E.S.S.的有效视场。从5 $^{\circ}$到9 $^{\circ}$。新的高能量分析的关键性能参数,并证明其适用性代表性的硬光谱源在银河系。
2021-09-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
FACT -- the First Cherenkov Telescope using a G-APD Camera for TeV Gamma-ray Astronomy (HEAD 2010)
盖革模式雪崩光电二极管(G-APD)具有显著提高成像空气切伦科夫望远镜(IACT)灵敏度的潜力。我们目前正在建造第一个G-APD切伦科夫望远镜(FACT),通过翻新一个旧的IACT,镜面面积为9.5平方米,并使用新型G-APD构建一个新的精细像素化相机。主要目标是通过观测蟹状星云的高能伽马射线来评估整个系统的性能。这是一个重要的现场测试,以检查基于G-APD的相机在某个时候取代计划中的未来IACT(如AGIS和CTA)的基于PMT的相机的可行性。在这篇文章中,我们提出了这样的相机的基本设计以及一些重要的细节要考虑。
2010-11-22 astro-ph.HE
Background rejection method for tens of TeV gamma-ray astronomy applicable to wide angle timing arrays
一个“膝状”近似的切伦科夫光横向分布函数,这是我们以前开发的,现在被用于高能量(数十和数百TeV)伽马射线天文学的背景抑制方法的实际任务。在这项工作中,我们实现这种技术的HiSCORE广角定时阵列组成的切伦科夫光探测器的间距为100米,覆盖0.2公里$^2$目前和5公里$^2$在未来。然而,它可以应用于其他类似的阵列。我们还表明,应用多变量的方法(其中3个参数的膝盖近似),使我们能够达到高水平的背景拒绝,但它强烈依赖于命中检测器的数量。
2017-02-24 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.data-an
Teraelectronvolt Astronomy
地基伽马射线天文学提供了TeV能量范围,是一个年轻和迅速发展的学科。最近在这个波段的发现对天体物理学和天体粒子物理学的广泛主题有重要影响。本文试图回顾这一领域的实验状况,并提供开始解释TeV观测所需的基本公式和概念。
2010-07-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Birth of Neutrino Astronomy
介绍了2010年5月至2012年5月冰立方探测器对高能天体物理中微子观测的第一个证据。选择高能量中微子事件的顶点以及包含在检测器的体积,分析的灵敏度开始在大约50 TeV,最高能量的事件是几个PeV。在大气μ子和中微子的预期背景之上观察到显著过量的通量。28个事件的样本包括有史以来观测到的最高能量的中微子,并且在味道、到达方向和能量方面与对地外起源中微子的一般预期一致。利用新发现的天体物理学中微子,对星团进行空间搜索以寻找确切的来源,标志着neutirno天文学的诞生。
2014-02-15 astro-ph.HE
Exploring the high energy frontiers of the Milky Way with ground-based gamma-ray astronomy: PeVatrons and the quest for the origin of Galactic cosmic-rays
本综述回顾了利用地面γ射线天文学搜寻银河系PeVatrons的现状与未来方向,指出超高能γ射线源的发现为探索银河系高能前沿及解决宇宙射线起源的百年难题提供了关键途径。
2023-05-22 astro-ph.HE
Timing analysis techniques at large core distances for multi-TeV gamma ray astronomy
我们提出了一种分析技术,使用广泛的空气淋浴(EAS)的切伦科夫图像的定时信息。我们的重点是在遥远的,或大核心距离伽马射线诱导的阵雨在多TeV的能量。具体而言,结合像素定时信息与改进的方向重建算法,导致角和核心分辨率的改善高达~40%和~ 30%,分别与相同的算法相比,没有使用定时。在10 TeV以上,这导致接近0.05度的角分辨率,以及优于~15 m的核心分辨率。离轴切割后伽马射线接受度与能量有关,其半峰全宽范围为4度至8度。对于离轴高达~6度的簇射方向,通过使用定时信息实现的角分辨率与轴上角分辨率相当,大约为100 TeV。我们在这里描述的望远镜规格和布局是针对10 TeV以上的能量的。然而,只要有合适的望远镜参数,这些方法原则上也可以应用于其他能量。这项研究中研究的5台望远镜单元最初可以为更大的稀疏望远镜阵列铺平道路,以努力将收集面积推到>10平方公里。这些结果突出了“稀疏阵列”方法在有效打开10 TeV以上能量范围方面的潜力。
2011-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
High-Energy Neutrino Astronomy: where do we stand, where do we go?
随着在TeV-PeV能量范围内确定天体物理学(“宇宙”)中微子的扩散通量,IceCube打开了一扇通往宇宙的新窗口。然而,相应的宇宙景观仍然是未知的:到目前为止,观测到的通量没有显示出任何与已知源类的明确关联。在本报告中,我勾勒了从贝加尔NT 200到冰立方的路线,并总结了冰立方最近的天体物理学结果。最后,我描述了目前的项目,以建立更大的探测器:GVD在贝加尔湖,KM 3 NeT在地中海和IceCube-Gen 2在南极。这些探测器将允许研究高能中微子天空的细节比目前的阵列允许。
2017-11-22 astro-ph.HE
High-Energy Neutrino Astronomy: Status and prospects for cosmic-ray physics
随着南极第一座千米3级中微子望远镜(冰立方)的建成和地中海第一座海底中微子望远镜(安纳托利亚)的成功运行,中微子天文学进入了一个激动人心的时期。新一代实验的灵敏度已经达到了从天体物理学来源探索中微子通量预测的至少一部分所需的水平,使中微子天文学处于首次发现的边缘。这篇文章介绍了中微子望远镜的现状和最新结果,特别强调了与高能宇宙射线现象学的联系。
2012-09-15 astro-ph.HE
Crossing muons in Icecube at highest energy: Cornerstone to neutrino astronomy
立方千米ICECUBE探测器中的最高能量中微子事件(包含)导致在过去三年中有多达$37-2=35$信号(其中两个最近被释放);这些数以千计的TeV(32个高能事件)到最罕见的(只有3个)PeV级联簇射,被证明具有外星起源。UHE中微子从$ν_μ$大气优势(在TeV能量下超过$ν_{e}$簇射)向更高能量的簇射级联($ν_{e}$,$ν_τ$)事件的转变在几十TeV到PeV的能量下是如此快速的外星注入的暗示。所有这些事件中的大多数(35个中的28个)是球形级联;它们的后续模糊图是不确定的。额外的最稀有的$9-2=7$ μ子轨道,虽然在到达方向上是尖锐的,但没有提供任何相关的聚类,也没有在已知源内的任何重叠。我们最近提出,沿着ICECUBE的最高能量(tens-TeV)交叉μ子,主要是在地平线或即将到来的,是理想的工具,能够很快揭示这样的集群,甚至任何狭窄的角度指向已知的(IR,X,射电或$γ$)源或自相关在罕见的双重或三重态:最后的希望,一个有意义的和短时间的$ν$天文学。任何沿银河系源或UHECR到达的交叉μ子也可能探测由核或中子产生的最罕见的UHECR事件。在ICECUBE数据的三年内,所有超过几十TeV的非包含交叉最高能量μ子可能是几十个,可能在$54$左右(向上的是27个),大多数沿着水平边缘增强,绘制已知的源和/或在双峰或最罕见的三重峰中自相关(如果看到附近的稳定或瞬态源)…
2014-09-09 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
Charm production in the forward region: constraints on the small-x gluon and backgrounds for neutrino astronomy
最近,冰立方实验观测到能量高达几个PeV的宇宙中微子,这预示着中微子天文学的开始。在如此高的能量下,常规中微子通量被抑制,而来自粲介子衰变的瞬发分量有望成为天体物理中微子的主要背景。然而,在高能量下的魅力产生在理论上是不确定的,因为魅力质量处于微扰QCD的适用范围的边界,也因为计算对小x下的胶子PDF很敏感。在这项工作中,我们提供了详细的微扰QCD预测的魅力和底部生产的前向区域,并验证它们与最近的数据从LHCb实验在7 TeV的比较。找到良好的数据和理论之间的协议,我们使用LHCb的测量来约束小x胶子PDF,实现了其不确定性的大幅减少。使用这些改进的PDF,我们提供的魅力和底部生产在LHCb在13 TeV的预测,以及为13和7 TeV之间的横截面的比例。同样的计算被用来计算中微子的能量分布,从粲衰变的pA碰撞,一个关键的成分实现理论上可靠的估计粲诱导的背景中微子望远镜。
2015-10-12 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Neutrino Astronomy (Rapporteur Talk)
这份报告是特别报告员在2015年荷兰海牙举行的第34届国际宇宙射线会议上关于中微子天文学的演讲的总结。在这里,从总共40个讲座和90个海报在NU会议在第34届红十字国际委员会的中微子天文学的选择的贡献进行了总结,试图提供一个关于这个迅速发光的新领域的现状报告。自从第一次观测到高能宇宙中微子以来,中微子天文学领域最近经历了一次“相变“。从理论和实验的角度,人们已经做出了广泛的努力来确定在100 TeV到PeV区域观察到的中微子通量的起源。此外,对于进一步理解观测到的高达$10^{20}$ eV的宇宙线的起源,寻找超出观测水平的中微子通量变得越来越重要。虽然冰立方中微子天文台是目前唯一测量这种中微子通量的实验,但它的初步测量结果已经通过使用几个独立探测通道的分析得到证实。此外,在寻找中微子点源方面也取得了一些进展,但还没有成功的观测报告。在冰立方观测之后,有大量关于下一代中微子探测器的研究报告,包括大型地下切伦科夫中微子探测器和切伦科夫射电中微子探测器。
2015-11-12 astro-ph.HE
Multi-messenger connection in high-energy neutrino astronomy
本文综述高能中微子天文学中多信使联系的研究进展,指出统计限制的现状,强调多信使协同观测对解决宇宙射线起源问题的关键作用。
2024-08-21 astro-ph.HE
Revised production cross-section of gamma-rays in p-p collisions with LHC data for the study of TeV gamma-ray astronomy
本文根据LHC上的p-p碰撞数据,给出了γ射线产生的截面,主要对以前的半经验公式进行了修正:(1)p-p碰撞中的非弹性截面$σ_{pp}(E_0)$,(2)前向区的包容γ射线谱$σ_{pp \rightarrow γ}(E_0, E_γ)$。我们发现,以前的截面给出了一个显着软的光谱比发现在大型强子对撞机的数据。本文主要研究了LHC正演(LHCf)实验,给出了迄今未见报道的质心系(CMS)中赝快度$η^*$ > 8.8的正演区γ能谱。我们还给出了用ALICE和TOTEM实验得到的-3 < $η^*$ < 3的带电强子的赝快度分布。我们发现,修订后的截面再现相当不错的加速器数据在较宽的能量范围内从GeV到30 PeV的抛射体质子,对应于约100 MeV到3 PeV的二次γ射线。在前区产生的γ射线的产生截面对于γ射线天文学的研究是必不可少的,而在CMS中心区产生的γ射线的产生并不重要,在后区产生的γ射线的产生更不重要。本文还讨论了γ射线的平均横动量$\bar{p}_{t}$和转移到γ射线的平均无弹性$\bar{k}_γ^*$,得到前者在$\bar{p}_{t}$ = 100 - 220 MeV/c($E_0$ = 1 GeV - 26 PeV)时增加很慢,后者几乎与$E_0$无关,有$\bar{k}_γ^* \approx 1/6$,但不能排除$\bar{k}_γ^*$有小幅增加的可能…
2012-05-11 astro-ph.HE hep-ph
Design Concepts for the Cherenkov Telescope Array
地面伽马射线天文学取得了重大突破,利用大气层切伦科夫望远镜成像系统获得了令人印象深刻的结果。地基伽马射线天文学在天体物理学、粒子物理学和宇宙学方面具有巨大潜力。CTA是一项国际倡议,旨在建立下一代仪器,在100 GeV至10 TeV范围内灵敏度提高5-10倍,并扩展到远低于100 GeV和高于100 TeV的能量。CTA将由两个阵列(一个在北部,一个在南部)组成,用于全天空覆盖,并将作为开放式天文台运行。CTA的设计基于当前可用的技术。本文件报告了CTA的现状,并介绍了CTA的主要设计概念。
2012-04-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Gamma-Ray Astronomy from the Ground
从地面观测宇宙伽马射线是基于探测伽马射线引发的空气簇射。在大约$10^{11}$ eV和$10^{13}$ eV之间的能量处,成像空气切伦科夫技术是观察能量通量低至$\approx 10^{-13}$ erg\,cm $^{-2}\,$ s $^{-1}$的伽马射线源的特别成功的方法。在该能带中的伽马射线的观测探测天体物理等离子体条件下的粒子加速,并且对超出粒子物理学的标准模型的高能现象敏感(例如,自湮灭或衰减的暗物质、违反洛伦兹不变性、光子与光伪标量的混合)。该领域的当前地位及其主要工具通过呈现选定的亮点进行简要总结。目前正在开发新一代地面伽马射线仪器。将讨论这些未来设施的前景和机会。
2016-02-26 astro-ph.HE
Reevaluation of the Prospect of Observing Neutrinos from Galactic Sources in the Light of Recent Results in Gamma Ray and Neutrino Astronomy
根据最近冰立方的证据,外星中微子通量,我们重新审视观测银河系宇宙射线源的前景。特别是,我们更新的中微子通量的预测,预计在天鹅座附近的恒星形成区域的来源,考虑到最近的TeV伽马射线测量其光谱。我们考虑了三个Milagro来源:MGRO J2019+37、MGRO J1908+06和MGRO J2031+41,并计算了可达到的置信水平限值和统计学显著性,作为暴露时间的函数。我们还评估了在地中海的一个更大规模的探测器的前景,以观察和阐明宇宙中微子通量的起源冰立方测量。
2014-06-19 astro-ph.HE hep-ph
Gravitational-wave astronomy: Observational results and their impact
高灵敏度引力波探测器的成功建造和运行是一项值得骄傲的成就,但实际信号的探测仍然指日可待。即便如此,最近的搜索结果还是告诉了我们一些关于我们宇宙中物体的有趣事情,所以可以说引力波天文学的时代已经开始了。在这篇文章中,我回顾了其中的几个结果,并讨论了我们从中学到了什么。然后,我展望了不远的未来,并预测了引力波信号的探测将以何种方式塑造我们的天体物理学知识并改变该领域。
2010-02-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Double Layered Water Cherenkov Detector Array for Gamma-Ray Astronomy
地面粒子探测现在是TeV伽马射线天文学的一种行之有效的方法。在充满水的检测单元中产生的切伦科夫光的检测是一种经过验证且具有成本效益的方法。在这里,我们讨论的优化单位对未来的南方宽视场伽玛射线天文台(SWGO)。在这种情况下,我们研究了一种新型的配置,其中每个水切伦科夫探测器(WCD)的阵列中的单元包括两个黑色或反射壁室和一个单一的光电倍增管(PMT)在每个室。我们发现,这是一个具有成本效益的方法,提高了WCD阵列的性能相对于目前的方法。一个浅的下室与PMT朝下,使μ子标签和强子诱导的空气阵雨,这是在伽马射线天文学的主要来源的识别。我们调查如何伽马/强子分离功率和可实现的角分辨率取决于在这种配置中的探测器单元的几何形状和壁反射率。我们发现,优秀的角分辨率,背景抑制能力和低能量响应是可以实现的,在这种双层配置,在两个腔室的反射表面的帮助下。
2023-01-23 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Gamma-ray and Cosmic Ray Astrophysics from 10 TeV to 1 EeV with the large-area ($>$10 km$^2$) air-shower Detector SCORE
我们建议探索到目前为止测量不良的宇宙射线和伽马射线天空(加速器天空)的能量范围从10 TeV到1 EeV。新的物理学问题可能会在伽马射线天文学最后剩下的观测窗口中得到解决。宇宙加速器和空气簇射探测技术提供的非常高的束流能量自然意味着天体粒子物理学和粒子物理学的基本问题之间的纠缠。新的大面积(10公里$^2$)广角(1 sr)空气切伦科夫探测器SCORE(宇宙起源探测器研究)是基于非成像切伦科夫光前采样与1米$^2$的顺序敏感的大面积探测器模块。横向光子密度和到达时间分布将被采样到距离簇射核心很远的地方。物理动机,探测器的概念和第一次模拟结果将被提交。
2009-09-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Detectability of southern gamma-ray sources beyond 100 TeV with ALPAQUITA, the prototype experiment of ALPACA
安第斯宇宙射线物理学和天文学大面积PArticle探测器(ALPACA)是一项国际实验,应用南方甚高能伽马射线天文学来确定膝能区($10^{15}\, {\rm eV} - 10^{16}\, {\rm eV}$)周围宇宙射线的起源。实验由表面为$83, 000\, {\rm m}^2$的空气簇射(AS)阵列和覆盖$5, 400\, {\rm m}^2$的地下水切伦科夫μ子探测器(MD)阵列组成。实验地点在Mt.玻利维亚拉巴斯的查卡尔塔亚高原,海拔$4, 740\, {\rm m}$相当于$572\, {\rm g}/{\rm cm}^2$大气厚度。作为ALPACA的原型实验,ALPAQUITA实验的目标是在2021年底开始数据采集。ALPAQUITA阵列由一个较小的AS阵列($18, 450\, {\rm m}^2$)和地下MD($900\, {\rm m}^2$)组成,目前正在建设中。ALPAQUITA的伽马射线源的灵敏度进行评估与蒙特卡罗模拟。模拟结果表明,H.E.S.S.和HAWC实验将由ALPAQUITA探测到超过10 TeV,其中一个- HESS J1702- 420 A-在一个日历年的观测中超过300 TeV。后一项发现意味着,可以根据这一原型实验的观测结果,对来自南方源的100 TeV以上伽马射线的发射机制进行科学讨论。
2021-09-28 astro-ph.HE astro-ph.IM