Search for the sources of ultra-high energy cosmic rays with the Pierre Auger Observatory

Lauscher, Markus; Hebbeker, Thomas; Wiebusch, Christopher

doi:35543

Search for the sources of ultra-high energy cosmic rays with the Pierre Auger Observatory = Suche nach den Quellen ulra-hoch energetischer Strahlung mit dem Pierre Auger Observatorium

Lauscher, Markus

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Markus Lauscher, M.Sc. RWTH

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (iv, 191 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Hebbeker, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Wiebusch, Christopher (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-12-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-109062
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/679092/files/679092.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/679092/files/679092.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
cosmic rays (frei) ; anisotropy (frei) ; Pierre Auger Observatory (frei) ; Needlet Wavelet (frei) ; silicon photomultipliers (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In dieser Arbeit wurden die gemessene Ankunftsrichtungsverteilung ulra-hoch energetischer kosmischer Strahlen (UHECRs) am Pierre Auger Observatorium mit Hilfe einer Needlet Wavelet basierenden Methode analysiert. Als ersten Schritt wurden alle freien Parameter der Analyse mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen optimiert und eine hohe Sensitivität über einen weiten Bereich an Winkelskalen zu gewährleisten. Die Analyse wurde auf Energien über der vollen Detektionseffizienz des Oberflächen-Detektors des Pierre Auger Observatoriums angewandt. Zwei Energie Bereiche wurden analysiert: E=4-8 EeV und Energien über 8 EeV. Im Falle von Energien über 8 EeV wurde eine Abweichung von Isotropie mit einer Zufallswahrscheinlichkeit unter einem Prozent beobachtet. Die einzige von Isotropie abweichende Skala war die Dipol Skala und die Eigenschaften des Dipol Musters wurden rekonstruiert. Auf keiner weiteren Winkelskala und in keinem anderen Energiebereich wurde eine Abweichung von Isotropie gefunden. Weiter hin wurde, unter zu Hilfenahme von Modellen des extra und galaktischen Magnetfeldes, die Analyse auf einen Bereich des Himmels begrenzt und nach einer möglichen Signatur von Centaurus A zu suchen. Da keine solche Signatur gefunden wurde, wurden Limit gesetzt. Zum Schluss wurde eine Technik entwickelt im die Antwort von Silizium Photovervielfacherung auf verschiedene Lichtpulse zu charakterisieren und sowie das Eingangssignal aus der Antwort zu rekonstruieren. Dies ist eine wichtige Anforderung für ihren potentiellen Einsatz beim Upgrade des Pierre Auger Observatoriums oder ähnlichen, zukünftigen Gebrauch beim Studium von UHECRs.

In this work a Needlet Wavelet based analysis has been applied on the measured arrival directions of ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) at the Pierre Auger Observatory. As a first step all free parameters of the analysis were optimized using Monte Carlo simulations to ensure a high sensitivity to anisotropies over a wide range of angular scales. The analysis was applied to energies above the full trigger efficiency of the surface detector of the Pierre Auger Observatory. Two energy bins were analysed: E=4-8 EeV and E greater than 8 EeV. In the case of energies greater than 8 EeV, a deviation of the expectation of pure isotropy was observed with a chance probability of below one percent. The only angular scale showing a deviation from isotropy was the dipolar scale and the properties of the dipolar pattern were reconstructed. No deviations from isotropy were observed in any other angular scale or energy. Furthermore, using modelling of the extra and galactic magnetic field, the analysis was restricted to a portion of the sky to search for a possible signature from Centaurus A. As no such signature was found limits were set.Lastly in this work a technique to fully characterise response of Silicon Photomultipliers (SiPMs) to a wide variety of light pulses and to reconstruct the incident signal from their response was developed. This is an important requirement for their potential usage in the upgrade of the Pierre Auger Observatory or similar, future usage in the study of UHECRs.

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