P. Muangha, D. Ruffolo, A. Sáiz, C. Banglieng, P. Evenson, S. Seunarine, S. Oh, J. Jung, M. Duldig, and J. Humble
A technique has recently been developed for tracking short-term spectral variations in Galactic cosmic rays (GCRs) using data from a single neutron monitor (NM), by collecting histograms of the time delay between successive neutron counts and extracting the leader fraction L as a proxy of the spectral index. Here we analyze L from four Antarctic NMs from 2015 March to 2023 September. We have calibrated L from the South Pole NM with respect to a daily spectral index determined from published data of GCR proton fluxes during 2015–2019 from the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) on board the International Space Station. Our results demonstrate a robust correlation between the leader fraction and the spectral index fit over the rigidity range 2.97–16.6 GV for AMS-02 data, with uncertainty of 0.018 in the daily spectral index as inferred from L. In addition to the 11 yr solar activity cycle, a wavelet analysis confirms a 27 day periodicity in the GCR flux and spectral index corresponding to solar rotation, especially near sunspot minimum, while the flux occasionally exhibits a strong harmonic at 13.5 days. The magnetic field component along a nominal Parker spiral (i.e., the magnetic sector structure) is a strong determinant of such spectral and flux variations, with the solar wind speed exerting an additional, nearly rigidity-independent influence on flux variations. Our investigation affirms the capability of ground-based NM stations to accurately and continuously monitor cosmic-ray spectral variations over the long-term future.
เมื่อเร็ว ๆ นี้ เราได้พัฒนาเทคนิคสำหรับการติดตามการแปรเปลี่ยนระยะสั้นในสเปกตรัมของรังสีคอสมิกจากกาแล็กซี (Galactic cosmic rays, GCRs) (ที่นี่ สเปกตรัม หมายถึงฟลักซ์ต่อริจิดิตี โดยริจิดิตีคือโมเมนตัมต่อประจุ ซึ่งสัมพันธ์กับพลังงานของอนุภาค) โดยใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจวัดนิวตรอน (neutron monitor, NM) หนึ่งเครื่อง โดยสะสมฮิสโตแกรมของระยะเวลาระหว่างการนับนิวตรอนแต่ละครั้ง และคำนวณสัดส่วนตัวนำ (leader fraction L) ซึ่งบ่งบอกดัชนีสเปกตรัม (กล่าวคือ ความชันแบบ log-log ในฟลักซ์ต่อริจิดิตี) ในงานนี้ เราได้วิเคราะห์ L จาก NMs 4 สถานีในทวีปแอนตาร์กติกา ตั้งแต่เดือนมีนาคมปี ค.ศ. 2015 จนกระทั่งเดือนกันยายนปี ค.ศ. 2023 และเราได้สอบเทียบระหว่าง L จาก NM ที่ขั้วโลกใต้ กับดัชนีสเปกตรัมประจำวันที่เราคำนวณจากข้อมูลที่ตีพิมพ์แล้วของอนุภาคโปรตอนใน GCRs ระหว่าง 2015-2019 ที่วัดโดย Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) บนสถานีอวกาศนานาชาติ ผลลัพธ์นั้นแสดงว่า L มีคอร์ริเลชันที่ดีกับดัชนีสเปกตรัมจากการฟิตข้อมูลในช่วงริจิดิตี 2.97-16.6 GV จากข้อมูล AMS-02 โดยมีความคลาดเคลื่อน 0.018 ในดัชนีประจำวันที่บ่งบอกจากค่า L นอกจากการขึ้นกับวัฏจักร 11 ปี ของจุดมืดบนดวงอาทิตย์ การวิเคราะห์ด้วยเวฟเล็ตยืนยันการมีคาบ 27 วันในฟลักซ์และดัชนีสเปกตรัมของ GCR เนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่มีจุดมืดน้อย ขณะที่ฟลักซ์ในบางช่วงเวลาแสดงฮาร์มอนิกด้วยคาบ 13.5 วัน องค์ประกอบของสนามแม่เหล็กตามทิศทางเฉลี่ยของ Parker spiral ซึ่งบ่งบอกถึงเซกเตอร์ทางสนามแม่เหล็ก (ออกจากดวงอาทิตย์ หรือเข้าสู่ดวงอาทิตย์) มีบทบาทสำคัญในการแปรเปลี่ยนของสเปกตรัมและฟลักซ์ ขณะที่ความเร็วลมสุริยะมีผลกระทบเพิ่มเติมต่อการเปลี่ยนฟลักซ์ที่แทบไม่ขึ้นกับริจิดิตี งานวิจัยของเราแสดงถึงความสามารถของสถานี NM บนพื้นโลกที่จะติดตามอย่างแม่นยำและต่อเนื่อง เกี่ยวกับการแปรเปลี่ยนในสเปกตรัมรังสีคอสมิกในอนาคตอันไกล
งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง:
P. Muangha, D. Ruffolo, A. Sáiz, et al. Variations in the Cosmic Ray Spectrum as Measured by Neutron
Monitors in Antarctica, The Astrophysical Journal, 974, 284 (2024).
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad73d6
