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Searching for The Origin of Cosmic Rays and Neutrinos with LOFAR

Descripción del proyecto

Descubrir el origen de los rayos cósmicos y los neutrinos con LOFAR

El origen de los rayos cósmicos sigue siendo un misterio en astrofísica: los investigadores creen que los rayos cósmicos de energía ultra alta proceden de fuentes extragalácticas, mientras que los de energía más baja provienen de nuestra galaxia. El equipo del proyecto LOFAR, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretende distinguir entre estos componentes estudiando la composición en masa de los rayos cósmicos y los neutrinos. Utilizando LOFAR, el primer telescopio capaz de detectar rayos cósmicos individuales, los investigadores que participan en el proyecto han sugerido una transición temprana a un componente extragaláctico. Gracias a la actualización del detector y a la mejora de las técnicas de detección, los investigadores estudiarán el origen de los rayos cósmicos de alta energía y de los neutrinos, y explorarán nuevas formas de física, como las desintegraciones de cuerdas cósmicas predichas por las teorías supersimétricas.

Objetivo

The origin of cosmic rays remains one of the largest mysteries in astrophysics. Innovative and accurate radio measurements of cosmic rays and neutrinos with LOFAR promise to provide new answers.
It is generally believed that ultra-high-energy cosmic rays are produced in extragalactic sources like gamma- ray bursts or active galactic nuclei, while the lower energy cosmic rays come from our own Galaxy. At what energy this transition takes place is still unknown. Here we focus on disentangling Galactic and extragalactic components by studying the mass composition between 10^17 and 10^18 eV, a regime that is also crucial for understanding the origin of the extraterrestrial neutrinos detected by IceCube.
We do this with LOFAR, the first radio telescope that can detect individual cosmic rays with hundreds of antennas. This incredible level of detail allowed us to finally understand the complicated radiation mechanism and to perform the first-ever accurate mass analysis based on radio measurements. Our first data reveal a strong proton component below 10^18 eV, suggesting an early transition to an extragalactic component. With upgrades to our detector and techniques we will be able to improve our sample size by an order of magnitude, resolve more mass components, and identify the origin of high-energy cosmic rays and neutrinos.
The technique may be scaled up to higher energies, measured at the Pierre Auger Observatory, where mass information is needed to correlate cosmic rays with their astrophysical sources and to confirm the nature of the cutoff at ~10^19.6 eV.
We can even search for particles beyond the GZK limit. With the Westerbork telescope we have already set the best limit on cosmic rays and neutrinos above 10^23 eV. With LOFAR we will achieve a much better sensitivity at lower energies, also probing for new physics, like the decays of cosmic strings predicted by supersymmetric theories.

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

Institución de acogida

VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL
Aportación neta de la UEn
€ 1 500 000,00
Dirección
PLEINLAAN 2
1050 Bruxelles / Brussel
Bélgica

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Región
Région de Bruxelles-Capitale/Brussels Hoofdstedelijk Gewest Région de Bruxelles-Capitale/ Brussels Hoofdstedelijk Gewest Arr. de Bruxelles-Capitale/Arr. Brussel-Hoofdstad
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 500 000,00

Beneficiarios (1)