Utilisation

Nous détaillons ici rapidement le principe d’utilisation de ces simulations. Étant donnés les très nombreux paramètres que l’on peut régler, le XML a été choisi comme format des fichiers de configuration. Ils sont gérés par la librairie publique TinyXML1. En lisant ce fichier de configuration,CRPropavérifie la cohérence des paramètres donnés (à titre d’exemple trivial, on ne peut indiquer des coordonnées tridimensionnelles pour une source si on est à une dimension). Les fichiers de sortie sont des tableaux donnant une liste « d’événements », dont le format varie en fonction de la configuration choisie. À l’heure actuelle, ils sont écrits en ASCII ou en FITS (gérés par la librairie publique CFITSIO2).

Fichiers de configuration

Les fichiers de configuration sont constitués de balises XML qui peuvent être imbriquées. Elles définissent les paramètres de base de la simulation (nombre de trajectoires, temps maximal de propagation des UHECRs, etc), et d’autre part décrivent l’ensemble de l’environnement : sources, champs magnétiques, modes de traitement des interactions, etc. Nous donnons ici quelques exemples de blocs de balises, qui mis ensemble forment un fichier de configuration. <TrajNumber value=10000 /> <MinEnergy_EeV value=5 /> <MaxTime_Mpc value=200 /> <RandomSeed value=1981 /> 1_{http ://www.grinninglizard.com/tinyxml/} 2 http ://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/software/fitsio/fitsio.html

Il s’agit là de paramètres simples de la simulation : nombre de trajectoires simulées, énergie minimale pour la propagation des nucléons, temps maximal au bout duquel un nucléon est abandonné, graine aléatoire.

<Output type="Full Trajectories">

<File type="FITS" option="force"> /My_Directory/crp_output.fits </File> </Output>

On spécifie ici que les trajectoires complètes des particules doivent être enregistrées (et pas seulement des événements), et on donne les caractéristiques du fichier de sortie. L’environnement est spécifié par une balise de type<Environment type="One Dimension" />. On peut ensuite spécifier les champs magnétiques, par exemple : <MagneticField type="LSS-Grid"> <Nx value=512 /> <Ny value=512 /> <Nz value=512 /> <Step_Mpc value=0.1 />

<File type="FITS"> /My_Directory/example_Bfield.fits </File> </MagneticField>

Dans ce cas, le champ magnétique est une grille tridimensionnelle, issue par exemple d’une simulation de grandes structures, dont on précise le pas, et il est lu dans un fichier FITS qui doit contenir trois tableaux de flottants de taille5123(Bx,By,Bz). On peut aussi définir des champs magnétiques uniformes, de Kolmogoroff,

ou même à une dimension pour étudier leur influence sur les cascades électromagnétiques. Voici un exemple de configuration des interactions :

<Interactions type="Sophia" >

<Directory> /MySophiaTableDirectory/ </Directory> <MaxStep_Mpc value=0.5 />

<NoPairProd />

<SecondaryNeutrinos /> </Interactions />

Dans cet exemple particulier, on utilise l’interface avec SOPHIA pour gérer la photoproduction de pion. On spécifie le répertoire où se situent les tables de taux d’interactions nécessaires, et le pas maximal : ainsi, on testera s’il y a eu production de pion tous les 500 kpc au moins. Toutes les interactions peuvent être « bran- chées » ou non : dans cet exemple, on ne prend pas en compte la production de paires, mais par contre on suit les neutrinos secondaires générés par production de pions. Voici maintenant un exemple de configuration de sources continues à une dimension, dont la densité est donnée par un fichier ASCII comprennant simplement une colonne. Les balises s’expliquent par elles-mêmes :

<Sources type="Continuous"> <Density>

<File type="ASCII"> /MyDirectory/Density_1D_Model.txt </File> <Nx value=2000 /> <Step_Mpc value=0.1 /> </Density> <Spectrum type="Monochromatic" > <Energy_EeV value=100 /> </Spectrum> </Sources>

Un grand nombre d’autres balises sont disponibles. Mentionnons par exemple la balise<Observers>, la balise<InfraredBackground>qui spécifie le modèle de fond infrarouge à utiliser à la fois pour les inter- actions des nucléons et le développement des cascades électromagnétiques, la balise<Integrator>qui pré- cise l’intégrateur numérique des équations du mouvement à 3 dimensions, des balises comme<OmegaLambda>,

<H0_km_s_Mpc>,<RadioBackground>, etc..

Fichiers de sortie

Les fichiers de sortie sont des tables comportant un certain nombre de champs en fonction de la configuration. Nous ne mentionnons pas tous les cas possibles, qui sont répertoriés dans la documentation du code, mais donnons quelques exemples. Dans le cas où l’on suit intégralement des trajectoires en 3 dimensions, chaque trajectoire débute par une ligne contenant la position de la source, puis à chaque pas on enregistre les champs suivants :

type de particule - temps - position relative à la source (x,y,z) - énergie

Dans le cas où on enregistre des événements à 3 dimensions, chaque événement final contient actuellement les champs suivants :

type de particule - position initiale dans l’espace des phases (~r, ~p) - temps de propagation - position finale dans l’espace des phases

Notons enfin le cas particulier des cascades électromagnétiques, pour lesquelles on doit enregistrer le spectre complet, qui consiste en un tableau de 170 nombres flottants, couvrant 17 décades en énergie, de 10 MeV à1024eV à raison de 10 bins par décade.

Ces fichiers de sortie peuvent ensuite être lus et traités avec des logiciels de langage évolué, comme Matlab ou IDL. On peut ainsi représenter graphiquement toutes sortes de grandeurs simulées, spectres, indicateurs d’anisotropies (spectre de puissance, autocorrélation), coefficients de diffusion, courbes de pertes d’énergie, etc... Les scripts traitant ces fichiers de sortie ne sont pas publics, car ils dépendent beaucoup des applications souhaitées et sont simples à développer.