The Cherenkov radiation of extensive air showers (EASes) is studied using a system of optical tracking detectors based on a camera obscura as part of the Yakutsk EAS complex. These detectors allow photons to be counted from a certain height in the atmosphere and thus reconstruction of longitudinal development of a shower. Good coincidence is observed between EAS cascade curve parameter Xmax measured in this way and by modeling. Preliminary results on the cosmic ray mass composition are obtained for energies above 1016 eV.

Earlier, we reported on registration of three sequential events with energies greater than 1019 eV with two installations of EAS (Yakutsk and Telescope Arrays) for one day. Here we take into account that a moving relativistic source creates a particle beam due to the Cherenkov effect. In this case, with a certain orientation of the direction of movement of the source relative to the observer and direction of the interstellar magnetic field, there is a mechanism that allows to explain the observed sequence of the recorded events.

The Cherenkov radiation of extensive air showers (EASes) is studied using a system of optical tracking detectors based on a camera obscura as part of the Yakutsk EAS complex. These detectors allow photons to be counted from a certain height in the atmosphere and thus reconstruction of longitudinal development of a shower. Good coincidence is observed between EAS cascade curve parameter X max measured in this way and by modeling. Preliminary results on the cosmic ray mass composition are obtained for energies above 10 16 eV.

Three particles with energies of 36, 35, and 58 EeV arrived from one sky region were recorded by two EAS arrays during a day. The events are assumed to have been produced by the beam of particles that resulted from the interaction of cosmic rays with a relativistic shock front.

The experimental data on the cosmic ray energy spectrum obtained from the Small Cherenkov Array in Yakutsk on the measurement of Cherenkov radiation in showers with energy 1015–1018 eV are discussed. The data were obtained by means of continuous array operation since 1994. The all particle spectrum in this energy region was found to have a complex shape and cannot be described by a simple exponential function with a single slope indicator, g. After the first kink at energy 3 · 1015 eV (knee), the spectrum becomes steeper at Δγ = 0.4 up to energy <2 · 1016 eV, then part of the spectrum becomes flat to >8 · 1016 eV, the slope of the spectrum is 2.92 ± 0.03 and then again changes slope by Δγ = 0.32 ± 0.05 from about ∼2· 1017 eV. The second kink in the spectrum observed at the Yakutsk EAS array at ∼2·1017 eV, or also called second knee, is a significant result for space astrophysics of ultra-high cosmic rays. In this paper we discuss possible scenarios for spectrum formation of cosmic rays by galactic sources to energies <1017 eV, mainly supernovae remnants (SNR) and Metagalactic origins in the energy range 1017–1018 eV. Most likely, that measurement of the second knee is related with the transitional region, galactic to extragalactic origin of cosmic rays.

The signals from particles of extensive air showers in the energy region of 1017–1020 eV in both the surface and underground scintillation detectors of the Yakutsk array are calculated using the CORSIKA 6.616 and GEANT4 software packages and compared with experimental data. It is shown that a transition from a heavy primary composition to proton primaries at energies (1–2.6) × 1018 eV and from primary protons again to heavy primaries at energies above 1.3 × 1019 eV might be observed.

New estimates of the energy of the most intense extensive air shower observed at the Yakutsk EAS array have been obtained by an original method using the CORSIKA 6.616 code and GEANT4 particle transport toolkit in the framework of the QGSJET2 and GHEISHA 2002 models. These estimates are E similar to 2 x 10(20) and 1.7 x 1020 eV for the primary protons and iron nuclei, respectively. A discrepancy is observed between the energy estimates from the data of the fluorescence detectors and shower-particle detectors.

This paper describes the current state of the Yakutsk Extensive Air Shower Array (EASA) and the prospects for its modernization. The main results of the study of the energy spectrum, mass composition, and anisotropy of the ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) that were obtained recently by the array are given.

А. А. Иванов a, С. П. Кнуренко, М. И. Правдин b, И. Е. Слепцов ... Институт космофизических исследований и аэрономии имени Ю. Г. Шафера СО РАН. Россия, 677980, Якутск, пр-т Ленина, д. 31. ... E-mail: a ivanov@ikfia.ysn.ru, b m.i.pravdin@ikfia.ysn.ru ... Статья поступила 17.12.2009, подписана в печать 15.01.2010 ... Излагаются современное состояние Якутской установки ШАЛ и перспективы, связанные с ее модернизацией, приводятся основные результаты по энергетическому спектру, составу и анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий, полученные на установке за последнее время. ... Ключевые слова: космические лучи, широкие атмосферные ливни, энергетический спектр, анизотропия, массовый состав. ... УДК: 524.1. PACS: 96.50.S-, 96.50.Sb, 96.50.Sd. ... Введение ... Вторая половина прошлого века ознаменовалась активными исследованиями космических лучей (КЛ) сверхвысоких энергий. Эти исследования базировались на экспериментальных данных, полученных на установках широких атмосферных ливней (ШАЛ) большой светосилы: SUGAR в Австралии [1]; Havera Park в Англии [2]; Akeno-20, впоследствии AGASA в Японии [3, 4]; Fly's Eye, впоследствии HiRes в США [5, 6] и Якутская установка ШАЛ [7, 8] в СССР. ... Создание в Якутске по инициативе председателя проблемного Совета АН СССР Космические лучи С. Н. Вернова в начале 1970-х гг. гигантской по тем временам установки для регистрации ШАЛ послужило в бывшем Советском Союзе началом исследований КЛ в области предельно высоких энергий, 1017 - 1020 эВ. Подготовку соответствующего проекта и его реализацию доверили только что созданному в Якутске Институту космофизических исследований и аэрономии (ИКФИА) Якутского филиала СО РАН. На всех этапах работ по созданию Якутской установки ШАЛ, включая работы по проектированию, большую помощь ИК-ФИА оказали специалисты Научно-исследовательского института ядерной физики при МГУ под руководством Г. Б. Христиансена и Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР под руководством С. И. Никольского. ... Следует отметить, что многолетний опыт работы Якутской установки и полученные на ней важнейшие научные результаты наряду с зарубежными коллективами стимулировали скорейшее создание установок ШАЛ нового поколения еще большей светосилы. В последние годы реализованы международные проекты по созданию установок с площадью контроля тысячи и десятки тысяч км2: Pierre Auger Observatory (РАО) в Аргентине [9] и Telescope Array в США [10]. Эти установки нацелены на исследование КЛ с предельно высокой энергией, выше 1019 эВ. ... 1. Якутская комплексная установка ШАЛ ... Якутская установка ШАЛ расположена в долине реки Лены в 55 км южнее г. Якутска (61.7° с.ш., 129.4° в.д., ПО м над уровнем моря, толщина атмосферы - 1020 г/см2). Строительство установки, ее поэтапный ввод в действие были начаты в 1966 г. Прототип из 13 станций (пункт наблюдений), расположенный в круге с радиусом 1 км, был запущен в декабре 1970 г. В дальнейшем эти станции составили центральное ядро, вокруг которого шло расширение установки. ... 1.1. Современный статус установки ... Якутская установка ШАЛ состоит из 60 отдельных станций с детекторами, которые расположены на общей площади около 12 км2, и центрального регистратора (ЦР). Кроме того, имеется несколько дополнительных экспериментальных пунктов. На рис. 1,а показан общий план расположения детекторов установки, а на рис. 1,6 приведен план центральной части. ... На стандартной станции установлены два сцинтилляционных детектора площадью 2 м2 каждый и детектор черенковского излучения. Во всех детекторах используются ФЭУ-49 или аналоги, близкие по своим параметрам. Все станции связаны с центральным регистратором (ЦР) с помощью коаксиальных кабелей. При одновременном срабатывании обоих детекторов станции сигнал об этом передается в ЦР. События отбираются в ЦР при одновременном срабатывании трех станций, образующих треугольник. При отборе ливня информация из буферной памяти станции по команде передается в центр. Временная синхронизация детекторов на станциях осуществляется с помощью радиоканала с точностью 100 не. ... На большей части установки (около 8 км2) расстояние между соседними станциями равно 500 м, и 63 таких треугольника составляют триггер-500 Якутской установки. Такой триггер отбирает ливни от первичных частиц с энергией выше 5-1016 эВ. 19 станций по всей площади установки образуют аналогичную сетку треугольников со стороной 1000 м, и они формируют независимый триггер-1000 с пороговой энергией около 1018 эВ. ... Для измерения в ливнях потока мюонов с пороговой энергией 1 ГэВ работают пять подземных пунктов, размещенных в центральном круге радиусом 1 км. В них ... Рис. 1. Общий план расположения детекторов (а) и подробный план центральной части (б) Якутской установки ШАЛ ... установлены стандартные сцинтилляционные счетчики. Общая площадь детекторов в каждом таком пункте 20 м2. Кроме того, имеется большой мюонный детектор (БМД) с площадью 180 м2. В нем установлено 90 стандартных двухметровых сцинтилляционных счетчиков.