Development of a fleet of nanosatellites for gamma-ray burst monitoring in collaboration among Hungary, Czech, and Japan

• Project/Area Number: 21KK0051
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 深沢 泰司 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (60272457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 恒史 広島大学, 宇宙科学センター, 准教授 (20403579) ; 須田 祐介 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (70910321)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2025: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ガンマ線観測 / ガンマ線バースト / 超小型衛星 / シンチレーター / SiPM / 宇宙ガンマ線

Outline of Research at the Start

本研究は、ハンガリー・チェコとの国際共同研究により、宇宙の最大爆発現象であるガンマ線バーストを観測する超小型衛星団計画Camelotを推進することにより、９機以上の衛星での検出時間差から明るいガンマ線バーストを全天くまなく0.5度以下の精度で発生位置を決定するというユニークな方法により、可視光偏光やTeVガンマ線などの観測装置へ情報を伝えてGRB発生後数分以内に観測をトリガーし、ガンマ線バーストの発生機構に迫る。本計画は、ハンガリー・チェコの研究者とともに、本研究期間内に５機以上のガンマ線バースト観測超小型衛星を打ち上げる計画を国際共同で進める。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、これまでの共同研究で準備して打ち上げたガンマ線バースト観測超小型衛星２機について観測を続けた。日本側では日本国内での電波受信の確保に努めた。また、2022年10月に起きた史上最も明るいガンマ線バーストを１機が検出した。他の観測衛星では明るすぎて回路が飽和して最大fluxをきちんと測定できないことがあったが、この衛星装置は小さい
ので、回路があまり飽和せずに測定することができた。これに関するサイエンス論文をチェコ・ハンガリー側と共同で書き、学術雑誌に投稿した。それとともに、搭載機器に関する論文も投稿した。また、今後の搭載機器改良に向けて、プラスチックシンチレーターとSiPMを用いて、軌道上放射化によるノイズの影響の低減化を図る基礎実験を進めた。電流読み出しや、１つのシンチレーターに複数のSiPMをつけることにより、ノイズの寄与を減らthreshold
が下がることを確認した。これらについて、2022年9月にチェコにて今後の共同研究に関する打ち合わせを行うとともに、12月にチェコからNorbert Werner氏が来日して、より具体的な研究事項を検討した。また、2022年9月には日本天文学会と国際会議でシンチレーターとSiPMに関する発表を行うとともに、2023年2月に超小型衛星シンポジウムで我々の計画について発表した。さらに、2024年打ち上げに向けて３機目の準備を開始したところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナの影響で次の衛星の打ち上げが遅れており、現在は2024年を予定している。また、搭載機器の改良も目指しているが、搭載した機器の電子回路と同じ規格の回路をハンガリーから送って、それに基づいて開発する予定であるが、送付が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

2機の衛星によるガンマ線バーストの観測を推進する。また、3機目の衛星の準備を進める。衛星GPSの同期システムの開発を進め、同時に検出したガンマ線バーストの方向の決定を試みる。シンチレータとSiPMの検出器の改良実験を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Konkoly Observatory/Eotvos University(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] Masaryk University(チェコ)
• [Int'l Joint Research] Konkoly Observatory/Eotvos University(ハンガリー)
• [Journal Article] Simulations of expected signal and background of gamma-ray sources by large field-of-view detectors aboard CubeSats (2021)
  • Author(s): G. Galgoczi, Y. Fukazawa (12th), et al.
  • Journal Title: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems Volume: 7 Issue: 02 Pages: 028004-028004
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.2.028004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 超小型衛星群CAMELOT計画によるガンマ線バースト位置決定 (2023)
  • Author(s): 深沢泰司
  • Organizer: 超小型衛星利用シンポジウム2023
• [Presentation] Reduction of noise for Plastic scintilaltors redaout with MPPC (2022)
  • Author(s): 森下皓暁、深沢泰司
  • Organizer: Monitoring the high-energy sky with small satellites
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MPPCを用いたプラスチックシンチレータのアクティブシールドとしての性能評価 (2022)
  • Author(s): 森下皓暁、深沢泰司
  • Organizer: 日本天文学会
• [Presentation] GRBAlpha and VZLUSAT-2 (2022)
  • Author(s): Jaku Ripa, 深沢泰司、他
  • Organizer: Monitoring the high-energy sky with small satellites
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GRB observations by Cubesat GRBAlpha~VZLUSAT-2~beyond (2022)
  • Author(s): 大野雅功、深沢泰司、and CAMELOT team
  • Organizer: Fermi-LAT Collaboration meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超小型衛星群による重力波対応天体探査計画CAMELOT (2022)
  • Author(s): 大野雅功、深沢泰司、and CAMELOT team
  • Organizer: 超小型衛星利用シンポジウム2022
• [Presentation] GRBAlpha: technology fleet nanosatellite CAMELOT monitoring gamma-ray sky (2021)
  • Author(s): J. Ripa, Y, Fukazawa, and CAMELOT team
  • Organizer: Variable stars conference in Pragu
  • Int'l Joint Research