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次世代ガンマ線望遠鏡CTAを用いた系内宇宙線加速起源の解明

Research Project

Project/Area Number 20J21480
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

岡 知彦  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords宇宙線 / 超新星残骸 / ガンマ線 / 望遠鏡開発
Outline of Research at the Start

宇宙線の起源は未解明である。中でも1 PeVまでは銀河系内で生成されていると考えられているが観測的証拠はない。宇宙線陽子が原子核反応を経て放射するガンマ線を観測することで加速天体を特定できる。本研究では、CTA大口径ガンマ線望遠鏡を完成させ、既存のMAGIC望遠鏡との共同観測体制を構築する。これにより、候補天体の放射起源解明、最大加速エネルギーの検出を可能にし、系内宇宙線起源の存在を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究において、天の川銀河系内の超新星残骸が1ペタ電子ボルトまでの宇宙線の生成源であるかを高エネルギーガンマ線観測から探索するため、現行のMAGICガンマ線望遠鏡を用いた天体観測、および、次世代TeVガンマ線天文台CTAの開発を進めた。
当該年度は、超新星残骸の最大加速エネルギーの時間発展という点についてより理解を深めるべく、昨年度までに開発し個別天体への適応に成功した粒子スペクトルモデルを、他天体への適応することを試みた。新たに適応した2天体(超新星残骸G106.3+2.7、および、G335.2+0.1)において、そのモデルが適応可能であることを新たに発見し、それらの天体の周辺の高密ガス領域におけるガンマ線放射の起源が、過去に超新星残骸で加速され逃走した宇宙線陽子によるものだと結論づけた。さらに、このモデリング結果は、調査した3つの超新星残骸全てで過去に1ペタ電子ボルトまで宇宙線を加速していたことを示しており、その生成量は地球での当エネルギー帯域の宇宙線測定量と一致することも発見した。これらは、PeVまでの宇宙線起源は超新星残骸であるというパラダイムを強く裏付ける結果となっており、発見から100年間以上たった今なお未解明であった宇宙線起源の解明に重要な進展を与えるものになった。上記の研究と並行して開発を進めた次世代ガンマ線望遠鏡CTAの観測により、さらにそのモデルパラメータに対する強い制限を得られるという示唆も得ている。
上記の結果は博士論文として、またその一部はすでに学術論文としてまとめ、公開している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] MAGIC observations provide compelling evidence of hadronic multi-TeV emission from the putative PeVatron SNR G106.3+2.72023

    • Author(s)
      MAGIC Collaboration、Abe H.、Abe S.、Acciari V. A.、Agudo I.、Aniello T.、Ansoldi S.、Antonelli L. A.、Arbet Engels A.、Arcaro C.、Artero M.、Asano K.、et al.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 671 Pages: A12-A12

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202244931

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gamma-ray observations in the vicinity of supernova remnants G106.3+2.7 and HB92023

    • Author(s)
      岡 知彦
    • Organizer
      The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma rays 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] PeV宇宙線起源探査に向けた超新星残骸G106.3+2.7とHB9の観測2023

    • Author(s)
      岡 知彦
    • Organizer
      第22回高宇連研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CTA大口径望遠鏡用波形サンプリング回路に用いるアナログメモリDRS4のスパイク特性2022

    • Author(s)
      岡 知彦
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Resolving the origin of very-high-energy gamma-ray emission from the PeVatron candidate SNR G106.3+2.7 using MAGIC telescopes2021

    • Author(s)
      Tomohiko Oka
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MAGIC報告81: 系内宇宙線起源候補 SNRG106.3+2.7からの高エネルギーガンマ線放射起源の解明2021

    • Author(s)
      岡 知彦
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋期大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 超新星残骸HB9 における衝撃波粒子加速の時間発展の測定2021

    • Author(s)
      岡 知彦
    • Organizer
      日本天文学会春季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] The time-evolution measurement of a diffusive shock acceleration using supernova remnants and local molecular clouds2020

    • Author(s)
      Tomohiko Oka
    • Organizer
      YITP Workshop: Connecting high-energy astroparticle physics for origins of cosmic rays and future perspectives
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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