Investigation on the effectiveness of VHE gamma-ray astronomy techniques based on imaging of Čerenkov light flashes

Summary

A high-velocity Monte Carlo method is applied to very-high-energy gamma-ray astronomy techniques. The discrimination effectiveness against the cosmic-ray background is investigated for the technique based on the two-dimensional imaging of the Čerenkov light flashes created by the extensive air showers in the atmosphere. It is shown that previously proposed discrimination methods using the difference in the Čerenkov light flash shape of gamma-rays—and background-induced showers have low effectiveness. Two new discrimination methods are proposed, based on the difference in the orientation of Čerenkov light spot and fluctuations of the light density. The combination of these methods allows us to increase the «signal/noise» ratio by 4–5 times.

Riassunto

Si applica un metodo di simulazione Monte Carlo veloce alle tecniche in uso in astronomia gamma di altissima energia. Si studia l'efficienza di discriminazione contro la radiazione di fondo cosmica per il metodo basato sulle immagini bidimensionali degli impulsi di luce Čerenkov creati dai grandi sciami nell'atmosfera. Si dimostra che i metodi di discriminazione precedentemente proposti, basati sulla differenza di forma tra gl'impulsi di luce Čerenkov prodotti da sciami iniziati da fotoni gamma o da radiazioni di fondo, hanno una bassa efficienza. Si propongono, quindi, due nuovi metodi di discriminazione basati sulla differenza di orientazione della macchia luminosa Čerenkov e sulle fluttuazioni della densità luminosa. L'uso di entrambi i metodi permette di aumentare il rapporto segnale-rumore di un fattore 4–5.

Резюме

В технике гамма-астрономии очень высоких энергий используется метод Монте-Карло. Исследуется эффективность дискриминации космических лучей для техики, основанной на двумерной визуализации вспышек черенковского излучения, образованных широкими атмосферными ливнями. Показывается, что ранее предложенные методы дискриминации, используюжие различии в форме вспышек черенковского излучения для гамма-лугей и фоновыми ливнями, имеют низкую эффективность. Предлагаются два новых метода дискриминации, которые основаны на различиии в ориентации пятна черенковского излучения и флуктуаций интенсивности света. Комбинация этих методов позволяет нам увеличить отношение сигнала к шуму в 4–5 раз.