Publicarea Datelor Deschise ale Observatorului Pierre Auger privind razele cosmice de cea mai înaltă energie

Observatorul Pierre Auger publică 10% din datele înregistrate utilizând cel mai mare detector de radiații cosmice din lume. Aceste date sunt făcute publice în vederea utilizării lor de o comunitate cât mai largă și diversă, cuprinzând cercetători profesioniști și amatori, pentru inițiative de cercetare, educaționale și de outreach.

Colaborarea Pierre Auger a pus la dispozitia publicului larg datele colectate într-o manieră asemănătoare de mai bine de un deceniu, însa modul actual de publicare este mult mai performant în ceea ce privește calitatea și tipul de date, făcându-le utilizabile atât în scopuri educaționale cât și în cercetarea științifică. Datele pot fi accesate la adresa: www.auger.org/opendata [1]

Operarea Observatorului Pierre Auger de către o Colaborare de aproximativ 400 de oameni de știință din peste 90 de instituții din 18 țări din întreaga lume a condus la determinarea proprietăților razelor cosmice cu energiile cele mai înalte și cu o precizie fără precedent. Aceste particule cosmice sunt predominant nuclee ale elementelor obișnuite care ajung pe Pământ de la surse astrofizice. Datele de la Observator au fost utilizate pentru a demonstra că particulele de cea mai înalta energie au origine extragalactică. Spectrul de energie al razelor cosmice măsurate depășește 10²⁰ eV ceea ce corespunde unei valori macroscopice de aproximativ 16 Jouli pentru o singura particulă. S-a demonstrat că există o scădere accentuată a fluxului de particule la energii înalte și există dovezi preliminare ale emisiei de la surse specifice din apropiere. Analizele datelor au permis caracterizarea tipului de particule cu asemenea energii remarcabile, care includ elemente de la hidrogen la siliciu. Datele pot fi deasemenea utilizate pentru a testa fizica particulelor la energii peste cele obținute la LHC.

La Observatorul hibrid Pierre Auger [2], localizat în Argentina, radiația cosmică este observată indirect, prin intermediul jerbelor de particule secundare produse la interacția particulei primare incidente cu atmosfera. Detectorul de Suprafață a Observatorului acoperă o arie de 3000 km² și este alcătuit dintr-o rețea de detectori individuali de particule amplasați la o distanță de 1500 m unul de celălalt. Intregul Observator este încadrat de telescoapele care compun Detectorul de Fluorescență, sensibile la lumina de fluorescență, asemănătoare aurorelor, emisă pe masură ce jebele atmosferice se dezvoltă. Detectorul de Suprafață este sensibil la muonii, electronii și fotonii care ajung la nivelul solului. Datele de la Observator cuprind date brute (obținute direct de la aceste instrumente), seturi de date reconstruite generate prin analize detaliate și date prezentate în publicații științifice. Unele date sunt partajate în mod obișnuit cu alte observatoare pentru a permite efectuarea de analize utilizând multiple experimente care astfel acoperă tot cerul și pentru a facilita studii multi-mesager.

După cum a subliniat purtătorul de cuvânt al colaborării, Ralph Engel, “datele de la Observatorul Pierre Auger, care a fost înființat acum mai bine de 20 de ani, sunt rezultatul unei investiții științifice, umane și financiare mari și de lungă durată de către o colaborare internațională foarte extinsă” ele fiind de o valoare remarcabilă la nivelul comunității științifice din întreaga lume”. Prin publicarea datelor și a programelor de analiză Colaborarea Auger îmbrățișează principiul conform căruia accesul deschis la date va permite, pe termen lung, valorificarea maximă a potențialului lor știintific.

Colaborarea Auger a adoptat o clasificare pe 4 nivele de compexitate a datelor, în raport cu cele utilizate în fizica energiilor înalte, și a adaptat-o la politica sa de acces public deschis.

(Nivelul 1) Publicații cu acces deschis cu date numerice suplimentare oferite pentru a facilita re-utilizarea lor [3];

(Nivelul 2) Publicarea periodică de date într-un format simplificat, pentru educație și outreach. Aceasta a inceput în 2007 când au fost publicate 1% din date, procent care a crescut la 10% în 2019 [4];

(Nivelul 3) Publicarea de date care reconstruiesc evenimentele produse de raze cosmice, obținute cu cele mai bune cunoștințe disponibile despre performanța detectorului și a condițiilor de la momentul înregistrării datelor. Exemple de coduri derivate din cele utilizate de Colaborare pentru publicarea analizelor sunt de asemenea oferite [5];

(Nivelul 4) Publicarea de date apropriate de cele brute asociate cu evenimentele înregistrate. Un browser de afișare a evenimentelor si coduri de citire a datelor sunt de asemenea disponibile [6].

Ultimele nivele de informații adăugate în prezent [1] includ date de la două instrumente majore ale Observatorului: Detectorul de Suprafață dispus pe 1500 m² și Detectorul de Fluorescență. Setul de date constă în 10% din toate evenimentele înregistrate la Observator, supuse acelorași proceduri de selecție și reconstrucție utilizate de Colaborare în publicații recente. Perioadele de înregistrare a datelor sunt aceleași cu cele utilizate pentru obținerea rezultatelor științifice prezentate la Conferința Internațională de Radiație Cosmică care a avut loc în 2019. Exemplele de analize folosesc versiuni actualizate de seturi de date Auger, care diferă ușor de cele utilizate pentru publicații din cauza unor îmbunătățiri ulterioare a reconstrucției și calibrării. Pe de altă parte, cum procentul de date disponibil public momentan este de 10% din baza de date Auger, semnificația statistică a cantităților măsurate este redusă, relativ la ceea ce poate fi obținut cu o bază de date completă, dar numarul de evenimente este comparabil cu cel utilizat în câteva din primele publicații științifice ale Colaborării Pierre Auger.

Colaborarea Pierre Auger dorește să continue politica sa de a face publice datele experimentale în scopul accesului publicului larg și divers la acestea, pentru creșterea potențialului științific comun în viitor.

Link-uri:

[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

Fotografii ale Observatorului Pierre Auger (CC BY-SA 2.0):

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

https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/1946

The Pierre Auger Collaboration is releasing 10% of the data recorded using the world’s largest cosmic ray detector. These data are being made available publicly with the expectation that they will be used by a wide and diverse community including professional and citizen-scientists and for educational and outreach initiatives. While the Auger Collaboration has released data in a similar manner for over a decade, the present release is much wider with regard to both the quantity and type of data, making them suitable both for educational purposes and for scientific research. The data can be accessed at www.auger.org/opendata [1]

Operation of the Pierre Auger Observatory, by a Collaboration of about 400 scientists from over 90 institutions in 18 countries across the world, has enabled the properties of the highest-energy cosmic rays to be determined with unprecedented precision. These cosmic rays are predominantly the nuclei of the common elements and reach the Earth from astrophysical sources. The data from the Observatory have been used to show that the highest-energy particles have an extra-galactic origin. The energy spectrum of cosmic rays has been measured beyond 10²⁰ eV, corresponding to a macroscopic value of about 16 joules in a single particle. It has been demonstrated that there is a sharp fall of the flux at high energy, and emerging evidence of emission from particular near-by sources has been uncovered. Analyses of the data have allowed characterisation of the type of particles that carry these remarkable energies, which include elements ranging from hydrogen to silicon. The data can also be used to test particle physics at energies beyond the reach of the LHC.

At the Pierre Auger Observatory [2], located in Argentina, cosmic rays are observed indirectly, through extensive air-showers of secondary particles produced by the interaction of the incoming cosmic ray with the atmosphere. The Surface Detector of the Observatory covers 3000 km² and comprises an array of particle detectors separated by 1500 m. The area is overlooked by a set of telescopes that compose the Fluorescence Detector which is sensitive to the auroral-like light emitted as the air-shower develops, while the Surface Detector is sensitive to muons, electrons and photons that reach the ground. The data from the Observatory comprises the raw ones, obtained directly from these and other instruments, through reconstructed data sets generated by detailed analysis, up to those presented in scientific publications. Some of the data are routinely shared with other observatories to allow analyses with full-sky coverage and to facilitate multi-messenger studies.

As pointed out by the spokesperson, Ralph Engel, “the data from the Pierre Auger Observatory, which was founded more than 20 years ago, are the result of a vast and long-term scientific, human, and financial investment by a large international collaboration. They are of outstanding value to the worldwide scientific community.” By releasing data and analysis programs to the public, the Auger Collaboration upholds the principle that open access to the data will, in the long term, allow the maximum realization of their scientific potential.

The Auger Collaboration has adopted a classification of four levels of complexity of their data, following that used in high-energy physics, and adapted it for its open-access policy:

(Level 1) Open-access publication with additional numerical data provided to facilitate re-use [3];

(Level 2) Regular release of cosmic-ray data in a simplified format, for education and outreach. This began in 2007 when 1% of the data was released and increased to 10% in 2019 [4];

(Level 3) Release of reconstructed cosmic-ray events, selected with the best available knowledge of the detector performance and conditions at the time of data-taking. Example codes derived from those used by the Collaboration for published analyses are also provided [5];

(Level 4) Release of close-to-raw data associated with those events. An event-display, and codes to read these data, are also provided [6].

The last two levels of information are added in the present release [1], which includes data from the two major instruments of the Observatory, the 1500 m array of the Surface Detector and the Fluorescence Detector. The dataset consists of 10% of all the events recorded at the Observatory, subjected to the same selection and reconstruction procedures used by the Collaboration in recent publications. The periods of data recording are the same as used for the physics results presented at the International Cosmic Ray Conference held in 2019. The examples of analyses use updated versions of the Auger data sets, which differ slightly from those used for the publications because of subsequent improvements to the reconstruction and calibration. On the other hand, as the fraction of data which is now available is currently 10% of the actual Auger data sample, the statistical significances of measured quantities are reduced with respect to what can be achieved with the full dataset, but the number of events is comparable to what was used in some of the first scientific publications by the Auger Collaboration.

The Pierre Auger Collaboration is committed to its open data policy, in order to increase the diversity of people accessing scientific data and so the common scientific potential for the future.

Links: