Depth of Maximum of Air-Shower Profiles above $10^{17.8}$eV Measured with the Fluorescence Detector of the Pierre Auger Observatory and Mass Composition Implications
Thomas FitoussiIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaAdila Abdul HalimP. AbreuDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaM. AgliettaInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaI. AllekotteCentro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro (CNEA-UNCuyo-CONICET), San Carlos de Bariloche, ArgentinaKévin Almeida CheminantObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaAlejandro AlmelaUniversidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Buenos Aires, Buenos Aires, ArgentinaRoberto AloisioInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaJaime Álvarez-MuñizDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaJuan Ammerman YebraGioacchino Alex AnastasiUniversidad Nacional de La PlataLuis A. AnchordoquiInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaBelén AndradaInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), Buenos Aires, ArgentinaS. AndringaObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaC. AramoInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaPaulo Ricardo Araújo FerreiraE. ArnoneInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaJuan Carlos Arteaga VelázquezInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaHernán Gonzalo AsoreyInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), Buenos Aires, ArgentinaP. AssisLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaGualberto AvilaObservatorio Pierre Auger and Comisión Nacional de Energía Atómica, Malargüe, ArgentinaEmanuele Avocone𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Alina Mihaela BadescuLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaAlena BakalováLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaAlexandru BalaceanuInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaFelicia BarbatoInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaAdriel Bartz Mocellin𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Jose A. BellidoObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaCorinne BératIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaMario E. Bertaina𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Gopal BhattaPierre Auger ObservatoryMarta BianciottoIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaPeter L. Biermann𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Virginia BinetInstituto de Física de Rosario (IFIR) -CONICET/U.N.R. and Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas U.N.R., Rosario, ArgentinaKathrin BismarkInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), Buenos Aires, ArgentinaTeresa BisterObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaJonathan BiteauObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaJiří BlažekLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaC. BleveInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaJohannes BlümerInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaMartina BoháčováUniversidad Nacional de La PlataDenise BoncioliLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaC. BonifaziInternational Center of Advanced Studies and Instituto de Ciencias Físicas, ECyT-UNSAM and CONICET, Campus Miguelete -San Martín, Buenos Aires, ArgentinaLuan Bonneau ArbeletcheObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaNataliia BorodaiDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaJ. BrackP. Gabriel Brichetto OrcheraInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), Buenos Aires, ArgentinaFlorian Lukas BriechleObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaA. BuenoUniversidad Nacional de La PlataS. BuitinkIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaMario BuscemiDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaMax BüskenDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaAnthony BwembyaInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaK. S. Caballero‐Mora𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Sergio Cabana-FreireInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaLorenzo CaccianigaObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaIoana CaracasObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaR. CarusoObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaA. CastellinaObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaF. CatalaniIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaG. CataldiObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaLorenzo CazonIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaMarcos CerdaObservatorio Pierre Auger, Malargüe, ArgentinaAlessandro CermenatiDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaC. DobrigkeitDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaJ. ChudobaObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaL. ChytkaInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaR. W. ClayIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaAgustín Cobos CeruttiIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaRoberta ColalilloInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaAlan ColemanInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaMaria Rita ColucciaIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaR. Conceição𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Antonio CondorelliInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaGiovanni ConsolatiInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaMatteo ConteLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaFabio ConvengaDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaDiego Correia dos SantosLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaPedro J. CostaIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaC. E. CovaultIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaM. Cristinziani𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Carlo Salvattore Cruz SanchezObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaS. DassoDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaK. DaumillerIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaB. R. Dawson𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏Rogerio M. de AlmeidaObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaJoaquin de JesusIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaS. J. de JongIFLP, Universidad Nacional de La Plata and CONICET, La Plata, ArgentinaJoão de Mello Neto𝑎 Karlsruhe Institute of Technology , Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe, Germany 𝑏I. De MitriObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaJaime de OliveiraDepartamento de Física and Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEyN, Universidad de Buenos Aires and CONICET, Buenos Aires, ArgentinaDanelise de Oliveira FrancoObservatorio Pierre Auger, Av. San Martín Norte 304, 5613 Malargüe, ArgentinaFrancesco de PalmaInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaVitor de SouzaLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaEmanuele De VitoLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaA. Del PopoloO. DelignyInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, ArgentinaNikolas DennerInstituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA), Buenos Aires, ArgentinaLuca DevalLaboratorio Atmósfera -Departamento de Investigaciones en Láseres y sus Aplicaciones -UNIDEF (CITEDEF-CONICET), ArgentinaA. di MatteoInstituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (CNEA, CONICET, UNSAM), and Universidad Tecnológica Nacional -Facultad Regional Mendoza (CONICET/CNEA), Mendoza, Argentina
2023en
ABI
Abstract
After seventeen years of operation, the first phase of measurements at the Pierre Auger Observatory finished and the process of upgrading it began. In this work, we present distributions of the depth of air-shower maximum, $X_\text{max}$, using profiles measured with the fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory. The analysis is based on the Phase I data collected from 01 December 2004 to 31 December 2021. The $X_\text{max}$ measurements take advantage of an improved evaluation of the vertical aerosol optical depth and reconstruction of the shower profiles. We present the energy dependence of the mean and standard deviation of the $X_\text{max}$ distributions above $10^{17.8}$ eV. Both $X_\text{max}$ moments are corrected for detector effects and interpreted in terms of the mean logarithmic mass and variance of the masses by comparing them to the predictions of post-LHC hadronic interaction models. We corroborate our earlier findings regarding the change of the elongation rate of the mean $X_\text{max}$ at $10^{18.3}$ eV with higher significance. We also confirm, with four more years of data compared to the last results presented in 2019, that around the ankle in the cosmic rays spectrum, the proton component gradually disappears and that intermediate mass nuclei dominate the composition at ultra-high energies.
Identifiers
Citations and references
Cited by 20 references