Observation of solar modulation of cosmic-ray nuclei

• Project/Area Number: 20K03982
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Ichimura Masakatsu 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20232415)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 太陽変調 / 原子核 / 地磁気効果 / 宇宙線原子核 / CALET / 銀河宇宙線

Outline of Research at the Start

銀河宇宙線が太陽磁気圏に入射すると、太陽磁場との相互作用を受けるため、宇宙線の強度は変化する。この現象は宇宙線の太陽変調と呼ばれており、太陽活動の11年周期にともなう長期的な変化や太陽の突発的な質量放出(CME)にともなう短期的な減少(Forbush decrease)などが知られている。本研究では、国際宇宙ステーションで稼動中のCALET検出器で得られたデータをもとに、銀河宇宙線原子核成分の月単位の強度変化を5年程度の観測期間にわたって求める。これにより太陽磁気圏内での銀河宇宙線の拡散やドリフトの様子を詳細に理解するための基本的なデータを提供する。

Outline of Final Research Achievements

This study aims to obtain the time variation of the intensity of the cosmic ray nuclei, which is necessary for a detailed investigation of cosmic ray propagation processes within the heliosphere. For this purpose, we have developed a method for calculating the absolute intensity of low-energy cosmic ray nuclei using the geomagnetic effect and applied it to the observed data by the CALET experiment, then the absolute intensity of iron nuclei has been obtained. This result showed a good agreement with the other experimental result. It is demonstrating that the method established in this study is enough effective for the aim.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽磁気圏で宇宙線粒子のドリフトや拡散の様子が太陽の異なるフェイズでどのように変化するのかなど、太陽圏での宇宙線伝播を理解するためには宇宙空間での継続的な観測データが重要となる。また、地球を取り巻く地球磁気圏、太陽磁気圏内の宇宙線のふるまいは太陽活動と直結しており、これを常時観測することは太陽フレアや磁気嵐など地球の通信網や宇宙空間での人類の活動に影響を与える現象を理解し予測することにもつながっている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Louisiana State University/Washington University in St. Louis/University of Denver(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Siena/University of Padova/University of Pisa(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Louisiana State University/Washington University in St. Louis/University of Denver(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Siena/University of Padova/University of Pisa(イタリア)
• [Journal Article] CALET Search for Electromagnetic Counterparts of Gravitational Waves during the LIGO/Virgo O3 Run (2022)
  • Author(s): O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 933 Issue: 1 Pages: 85-85
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac6f53
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • Author(s): O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 129 Issue: 10 Pages: 101102-101102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.101102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cosmic-Ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV/n to 3.8 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • Author(s): O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 129 Issue: 25 Pages: 251103-251103
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.251103
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct Measurement of the Nickel Spectrum in Cosmic Rays in the Energy Range from 8.8 GeV/n to 240 GeV/n with CALET on the International Space Statio (2022)
  • Author(s): O.Adriani, Y.Akaike, K.Asano, Y.Asaoka, E.Berti, G.Bigongiari, W.R.Binns, M.Bongi, P.Brogi, A.Bruno, J.H.Buckley, N.Cannady, G.Castellini, C.Checchia, M.L.Cherry, G.Collazuol, K.Ebisawa, A.W.Ficklin, H.Fuke, S.Gonzi, T.G.Guzik, T.Hams, K.Hibino, M.Ichimura 他
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 128
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of the Iron Spectrum in Cosmic Rays from 10 GeV/n to 2.0 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2021)
  • Author(s): O. Adriani, Y. Akaike et al., (CALET Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 126 Issue: 24 Pages: 241101-241101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.241101
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CALET on the International Space Station: the first three years of observations (2020)
  • Author(s): Brogi P、Adriani O、Akaike Y、Asano K、Asaoka Y、Bagliesi M G、Berti E、Bigongiari G、Binns W R、Bonechi S、Bongi M、Bruno A、Buckley J H、Cannady N、Castellini G、Checchia C、Cherry M L、Collazuol G、Di Felice V、Ebisawa K、Fuke H、Guzik T G、Hams T、Hibino K、Ichimura M 他
  • Journal Title: Physica Scripta Volume: 95 Issue: 7 Pages: 074012-074012
  • DOI: 10.1088/1402-4896/ab957d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Carbon and Oxygen Spectra from 10??GeV/n to 2.2??TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2020)
  • Author(s): Adriani O.、Akaike Y.、Asano K.、Asaoka Y.、Bagliesi M.G.、Berti E.、Bigongiari G.、Binns W.R.、Bongi M.、Brogi P.、Bruno A.、Buckley J.H.、Cannady N.、Castellini G.、Checchia C.、Cherry M.L.、Collazuol G.、Ebisawa K.、Fuke H.、Gonzi S.、Guzik T.G.、Hams T.、Hibino K.、Ichimura M. 他
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 25 Pages: 251102-251102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.251102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ISS搭載CALETによる7年間の軌道上観測の最新成果 (2023)
  • Author(s): 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる8.4GeV/nから3.8TeV/nのホウ素/炭素比の観測結果 (2023)
  • Author(s): 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 小林兼好, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrochessi, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ISS搭載CALETによる6.5年間の軌道上観測の最新成果 (2022)
  • Author(s): 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる鉄とニッケルのエネルギースペクトルとB/C比の観測 (2022)
  • Author(s): 赤池陽水, 鳥居祥二, 小林兼好, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, Palo Maestro, Caterina Checchia, Francesco Stolzi , 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる10GeV/n以下の鉄核の観測 (2022)
  • Author(s): 市村雅一, 赤池陽水, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小林兼好, 鳥居祥二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ISS搭載CALETによる6年間の観測最新成果報告 (2022)
  • Author(s): 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 地球磁場を用いた10GeV/n以下の鉄核強度の算出 (2022)
  • Author(s): 市村雅一, 赤池陽水, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小林兼好, 鳥居祥二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ISS搭載CALETによる5年間の観測の最新成果報告 (2021)
  • Author(s): 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALET5年間の観測による炭素・酸素・鉄のエネルギースペクトルとB/C比の観測結果 (2021)
  • Author(s): 赤池陽水, 鳥居祥二, 小林兼好, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, Paolo Maestro, Caterina Checchia, Francesco Stolzi
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる10GeV/nから2.2TeV/nの炭素と酸素のエネルギースペクトル観測結果 (2021)
  • Author(s): 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる5年間の軌道上観測の最新成果 (2020)
  • Author(s): 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 浅岡陽一, 田村忠久, 森正樹, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見晶司, 寺澤敏夫, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] CALETによる炭素と酸素のエネルギースペクトル硬化の検出 (2020)
  • Author(s): 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会