数MeV核ガンマ線のイメージング分光による低エネルギー銀河系内宇宙線の研究

Research Project

Project/Area Number	21K03596
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	Japan Aerospace EXploration Agency
Principal Investigator	水村好貴国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40711982)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	宇宙線 / ガンマ線カメラ / 電子・陽電子対生成 / MeVガンマ線 / コンプトンカメラ / 気球実験 / イメージング分光
Outline of Research at the Start	宇宙線は銀河系内において光子や星間磁場などと同等レベルのエネルギー密度を持ち、銀河系を構成する主な要素である。しかし、その起源や加速現場は未知な部分が多く、人類は銀河系の主要な構成要素のことを詳しく知らない。気球実験で得た宇宙ガンマ線観測データに対して、原子核・素粒子実験の知識を応用した解析技術を適用し、宇宙線と星間物質の相互作用で生じるガンマ線から間接的に宇宙線の存在現場を特定してその起源に迫る。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，低エネルギー宇宙線の起源を解明するため，宇宙線と星間物質の相互作用で生ずるC-12およびO-16からの脱励起ガンマ線（4.44 MeVおよび6.13 MeV）の銀河面マップを作成し，評価することで低エネルギー宇宙線の存在現場を特定する研究である。近年のX線観測では超新星残骸等で宇宙線密度が1桁程度高いことが示唆されており，この示唆結果と相補的な手段による本研究での確認が期待されている。 2018年に豪州で高度40 kmに気球飛翔したSMILE-2+実験のフライトデータが存在し，本研究ではこのデータでまだ十分な解析が行われていない電子・陽電子対生成事象について，その解析方法の構築・評価から行い，数MeV帯域のガンマ線マップを得て，局所的でない大局的な低エネルギー宇宙線の起源について解明を目指している。本研究の副産物としての将来計画への解析手法の応用も期待でき，従来は雑音となる事象を用いてその精細な特性を解析することから，既存解析手法の感度向上への寄与も期待される。解析手段として原子核・素粒子実験分野で古くから用いられているHough変換を用いた手法を適用し，早期の成果創出を行ため，計算環境の構築と，電子・陽電子対生成事象の候補イベントにHough変換を適用するための基礎的な情報収集および解析コードの試作・開発，その候補事象の選別能力や解析コードによる事象再構成の精度を評価するために必要なシミュレーションの開発を継続して進めた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 電子・陽電子対生成事象の候補イベントにHough変換を適用するための基礎的な解析コードの開発と，その候補事象の選別能力や解析コードによる事象再構成の精度を評価するために必要なシミュレーションの開発を進めているが，その特性評価および再構成性能の評価はまだ十分ではなく，本格的な解析に至っていない。
Strategy for Future Research Activity	解析手法の評価を進めるために，ガンマ線入射による電子・陽電子対生成事象のシミュレーションのみでなく，対象観測エネルギー帯域外のガンマ線や宇宙線トリガー事象のシミュレーションを進める。再構成精度を評価しつつトレードオフを考慮した解析条件を検証し，フライトデータでの銀河面マップの描画を行い，低エネルギー宇宙線の起源の議論を行う。