Udostępnienie otwartych danych dotyczących promieni kosmicznych o najwyższych energiach przez Obserwatorium Pierre Auger

17 lutego 2021

Współpraca Pierre Auger udostępnia 10% danych zarejestrowanych za pomocą największego na świecie detektora promieni kosmicznych. Dane te są udostępniane publicznie z nadzieją, że będą wykorzystywane przez szeroką i zróżnicowaną społeczność, w tym profesjonalnych naukowców i naukowców-obywateli oraz dla inicjatyw edukacyjnych i popularyzatorskich. Chociaż Współpraca Auger udostępnia dane w podobny sposób już od ponad dekady, obecne wydanie jest znacznie szersze zarówno pod względem ilości jak i rodzaju danych, co czyni je odpowiednimi zarówno do celów edukacyjnych jak i do badań naukowych. Dane są dostępne pod adresem www.auger.org/opendata [1].

Eksploatacja Obserwatorium Pierre Auger, przez Współpracę około 400 naukowców z ponad 90 instytucji w 18 krajach świata, umożliwiła wyznaczenie własności promieni kosmicznych o najwyższych energiach z niespotykaną dotąd precyzją. Te promienie kosmiczne to przede wszystkim jądra powszechnie występujących pierwiastków, które docierają na Ziemię ze źródeł astrofizycznych. Dane z Obserwatorium zostały wykorzystane do wykazania, że cząstki o najwyższych energiach mają pochodzenie pozagalaktyczne. Widmo energetyczne promieni kosmicznych zostało zmierzone aż do energii powyżej 10²⁰ eV, co odpowiada makroskopowej wartości około 16 dżuli w pojedynczej cząstce. Wykazano, że przy wysokich energiach następuje gwałtowny spadek strumienia, a także odkryto wyłaniające się dowody na emisję z poszczególnych bliskich źródeł. Analizy danych pozwoliły na scharakteryzowanie typu cząstek, które przenoszą te niezwykłe energie, wśród których znajdują się pierwiastki od wodoru do krzemu. Dane te mogą być również wykorzystane do testowania fizyki cząstek przy energiach poza zasięgiem LHC.

W Obserwatorium Pierre Auger [2], znajdującym się w Argentynie, promienie kosmiczne są obserwowane pośrednio, poprzez wielkie pęki cząstek wtórnych powstałe w wyniku oddziaływania przychodzącej cząstki kosmicznej z atmosferą. Detektor Powierzchniowy Obserwatorium pokrywa 3000 km² i składa się z sieci detektorów cząstek oddzielonych od siebie o 1500 m. Obszar ten jest obserwowany przez zestaw teleskopów, które tworzą Detektor Fluorescencyjny, czuły na światło nadfioletowe emitowane w miarę rozwoju wielkiego pęku atmosferycznego, podczas gdy Detektor Powierzchniowy jest czuły na miony, elektrony i fotony, które docierają do ziemi. Dane z Obserwatorium obejmują zestaw od danych surowych, uzyskanych bezpośrednio z tych i innych instrumentów, poprzez zrekonstruowane zbiory danych uzyskane w wyniku szczegółowej analizy, aż po dane prezentowane w publikacjach naukowych. Niektóre z tych danych są rutynowo udostępniane innym obserwatoriom, aby umożliwić analizy z pełnym pokryciem nieba i ułatwić tzw. badania wielokanałowe (multi-messenger).

Jak podkreślił kierownik Współpracy, Ralph Engel, "dane z Obserwatorium Pierre Auger, które zostało założone ponad 20 lat temu, są wynikiem ogromnej, długoterminowej inwestycji naukowej, ludzkiej i finansowej ze strony dużej międzynarodowej współpracy. Mają one wyjątkową wartość dla światowej społeczności naukowej." Udostępniając publicznie dane i programy do ich analizy, Współpraca Auger wspiera zasadę, że otwarty dostęp do danych pozwoli, w dłuższej perspektywie, na maksymalne wykorzystanie ich potencjału naukowego.

Zespół Auger przyjął klasyfikację swoich danych na cztery poziomy złożoności, wzorując się na klasyfikacji stosowanej w fizyce wysokich energii i zaadaptował ją do swojej polityki otwartego dostępu:

(Poziom 1) Publikacja open-access z dodatkowymi danymi numerycznymi dostarczanymi w celu ułatwienia ponownego wykorzystania (https://www.auger.org/index.php/science [3]);

(Poziom 2) Regularne udostępnianie danych dotyczących promieniowania kosmicznego w uproszczonym formacie, dla celów edukacyjnych i popularyzatorskich. Rozpoczęło się to w 2007 roku, kiedy udostępniono 1% danych i wzrosło do 10% w 2019 roku (https://labdpr.cab.cnea.gov.ar/ED/ [4]);

(Poziom 3) Udostępnienie zrekonstruowanych zdarzeń wybranych według najlepszej dostępnej wiedzy o wydajności detektora i warunkach panujących w czasie zbierania danych. Podane są również przykładowe kody pochodzące od tych używanych przez zespół w opublikowanych analizach (https://www.auger.org/opendata/analysis.php [5]);

(Poziom 4) Udostępnienie prawie surowych danych związanych z tymi zdarzeniami. Dołączono również kod obrazujacy zdarzenia oraz kody do odczytu tych danych (https://www.auger.org/opendata/display.php?evid=81847956000 [6]).

Ostatnie dwa poziomy informacji zostały dodane w obecnym wydaniu [1], które zawiera dane z dwóch głównych instrumentów Obserwatorium: 1500–metrowej sieci Detektora Powierzchniowego i Detektora Fluorescencyjnego. Zbiór danych składa się z 10% wszystkich zdarzeń zarejestrowanych w Obserwatorium, poddanych tym samym procedurom selekcji i rekonstrukcji, które były stosowane przez Współpracę w ostatnich publikacjach. Okresy rejestracji danych są takie same, jak stosowane w przypadku wyników fizycznych prezentowanych na Międzynarodowej Konferencji Promieni Kosmicznych (ICRC), która odbyła się w 2019 roku. W przykładowych analizach wykorzystano zaktualizowane wersje zbiorów danych Auger, które różnią się nieco od tych użytych w publikacjach ze względu na późniejsze ulepszenia w rekonstrukcji i kalibracji. Z drugiej strony, ponieważ frakcja danych, która jest obecnie dostępna, wynosi 10% rzeczywistej próbki danych Auger, znaczenia statystyczne mierzonych wielkości są zmniejszone w stosunku do tego, co można osiągnąć przy pełnym zbiorze danych, ale liczba zdarzeń jest porównywalna z tą, która była używana w niektórych pierwszych publikacjach naukowych Współpracy Auger.

Współpraca Pierre Auger jest zaangażowana w politykę otwartych danych w celu zwiększenia różnorodności osób mających dostęp do danych naukowych, a tym samym zwiększenia wspólnego potencjału naukowego na przyszłość.

Instytut Fizyki Jądrowej PAN aktywnie uczestniczy w pracach Obserwatorium Pierre Auger, zarówno na etapie budowy Obserwatorium w latach 2000-2008, jak też w akwizycji i analizie danych. W szczególności, w IFJ PAN prowadzone są zdalne dyżury akwizycji danych. Obecnie Instytut jest zaangażowany w rozbudowę detektorów, która znacznie zwiększy możliwości pomiarowe Obserwatorium.

[PDF]

Linki

[1] https://www.auger.org/opendata/
[2] https://www.auger.org
[3] https://www.auger.org/index.php/science
[4] https://labdpr.cab.cnea.gov.ar/ED/
[5] https://www.auger.org/opendata/analysis.php
[6] https://www.auger.org/opendata/display.php?evid=81847956000

Fotografie Obserwatorium Pierre Auger (CC BY-SA 2.0)

https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/21948576246/in/album-72157656013297308/
https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/20060199011/in/album-72157656013297308/
https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/19904244850/in/album-72157656013297308/
https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/19469551894/in/album-72157656013297308/