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Searching for The Origin of Cosmic Rays and Neutrinos with LOFAR

Description du projet

Découvrir l’origine des rayons cosmiques et des neutrinos avec le projet LOFAR

L’origine des rayons cosmiques demeure un mystère en astrophysique: les chercheurs pensent que les rayons cosmiques de très haute énergie proviennent de sources extragalactiques, tandis que les rayons de plus faible énergie trouvent leur source dans notre galaxie. Le projet LOFAR, financé par le CER, entend établir une distinction entre ces éléments en étudiant la composition de la masse des rayons cosmiques et des neutrinos. Grâce à LOFAR, le premier télescope capable de détecter des rayons cosmiques individuels, les chercheurs participant au projet ont été en mesure de suggérer une transition anticipée vers une composante extragalactique. En améliorant le détecteur ainsi que les techniques de détection, les chercheurs seront en mesure d’étudier l’origine des rayons cosmiques de haute énergie et des neutrinos et de rechercher de nouveaux domaines de la physique tels que les désintégrations de cordes cosmiques prévues par les théories supersymétriques.

Objectif

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.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL
Contribution nette de l'UE
€ 1 500 000,00
Adresse
PLEINLAAN 2
1050 Bruxelles / Brussel
Belgique

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Région
Région de Bruxelles-Capitale/Brussels Hoofdstedelijk Gewest Région de Bruxelles-Capitale/ Brussels Hoofdstedelijk Gewest Arr. de Bruxelles-Capitale/Arr. Brussel-Hoofdstad
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 500 000,00

Bénéficiaires (1)