Study of angular correlations of ultra-high-energy cosmic rays detected by Pierre Auger Observatory

Duas questões importantes no estudo da física de raios cósmicos são quais são as fontes astrofísicas dessas partículas e como é o campo magnético por elas atravessado. O Observatório Pierre Auger, localizado na província de Mendoza, na Argentina, é um experimento que tem como objetivo estudar raios cósmicos de altas energias (superior a 1 EeV). Entre os objetivos do observatório, está buscar possíveis fontes desses raios cósmicos e estudar o campo magnético por eles atravessado. Considerando que partículas ultra-energéticas sofrem deflexões em campos magnéticos que são inversamente proporcionais _as suas energias, espera-se que aquelas provenientes de uma mesma fonte cheguem á Terra com suas direções alinhadas sobre a esfera celeste e com desvios angulares satisfazendo essa dependência com a energia. Um grupo de raios cósmicos com suas direções e energias satisfazendo essas características é chamado de multipleto. Nesta dissertação, foram analisados 2196 raios cósmicos com energias acima de 20 EeV, detectados pelo Observatório Pierre Auger entre 1o de janeiro de 2004 e 22 de novembro de 2012, a _m de realizar uma busca por multipletos. Para encontrar estes multipletos, foi utilizado o Método da _Arvore de Extensão Mínima. Este método é utilizado para separar o conjunto de raios cósmicos em subconjuntos. Uma vez encontrados esses subconjuntos, foi verificado se as direções dos raios cósmicos do subconjunto satisfazem a correlação esperada entre as suas direções e os inversos de suas energias. Para isso foi calculado o coeficiente de correlação e a dispersão angular nas coordenadas dos raios cósmicos de cada subconjunto em um plano tangente _a esfera celeste no ponto correspondente _a direção média. Se o coeficiente de correlação for superior a um valor mínimo e a dispersão angular for menor do que um valor máximo pré-estabelecidos, o multipleto em questão é considerado um multipleto correlacionado. Após identificarmos estes multipletos, foi possível encontrar as posições das possíveis fontes dos raios cósmicos que o compõem e obter informação sobre o poder de deflexão do campo magnético por eles atravessado nas direções das respectivas fontes. Para o período em questão foram encontrados três multipletos correlacionados com um número de eventos igual ou superior a doze. Para estes três multipletos foram procuradas posições de possíveis fontes. Realizando uma comparação entre as posições encontradas e um catalogo de objetos astrofísicos, foram encontrados objetos próximos ás direções das fontes encontradasTwo important questions in the study of ultra-high-energy cosmic rays are related to the astrophysical sources of these particles and the characteristics of the magnetic field they have traversed in their way from the sources to Earth. The Pierre Auger Observatory was designed and built in Argentina in order to address these and other questions about ultra-high energy cosmic rays. Its design goals included being able to measure ultra-high energy cosmic rays (above 1 EeV) with unprecedented statistics. Considering that the trajectories of ultra-high energy particles are defected by the magnetic fields traversed and that the defection is inversely proportional to their energies, it can be expected that particles having different energies and coming from a single source will arrive at Earth with their directions aligned on the celestial sphere and with angular deviations satisfying that dependence with the energy. A group of cosmic rays with their directions and energies satisfying those characteristics is called a multiplet. In this work, we search for multiplets in a data sample of 2196 cosmic rays with energies above 20 EeV recorded by the Pierre Auger Observatory between 1st January 2004 and 22nd November 2012. We applied the method of the minimum spanning tree to separate the whole data set into subsets and then analyzed the subsets, checking whether the directions of the cosmic rays in each subset satisfy the expected correlation with the inverse of their energies. After identifying multiplets which satisfy the correlation, it is possible to find theposition of the sources of the cosmic rays and estimate the defection power of the magnetic field these particles must have traversed in the corresponding directions of the sources. In the period covered by our analysis we have found three multiplets with twelve or more events. For each multiplet we have found the direction of the possible source and the defection power of the magnetic field and looked for nearby astrophysical objects in a catalo