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 2023)
• 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。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機が検出した件について、学術論文として発表した。他の観測衛星では明るすぎて回路が飽和し最大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意義があるため、数件の論文から引用された。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で、電流読み出しや、１つのシンチレータ一で複数のSiPMをつけることにより、ノイズの寄与を減らし、thresholdが下がることを学術論文として発表した。観測性能の向上を目指して、小型シンチレータLMPPCを並べて１つのASICで読み出す実験を開始し、実際に2チャンネル同時読み出しに成功した。これらについて、2924年3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。これらの活動について、2023年9月には日本天文学会で、2023年7月には国際会議で発表した、2024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年内に打ち上げに向けて３機目の準備を進めた。また、これまでの観測データから得られた軌道上でのMPPCの劣化に関する論文の準備を始めた。

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。検出器の改良計画も遅れていたが、3月のWerner氏来日に合わせてキックオフができたので、今後進めていく予定である。

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機目の衛星の観測を開始する。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)
• [Int'l Joint Research] Masaryk University(チェコ)
• [Int'l Joint Research] Konkoly Observatory/Eotvos University(ハンガリー)
• [Journal Article] Lowering the energy threshold using a plastic scintillator and radiation-damaged SiPMs (2024)
  • Author(s): Morishita Teruaki、Fukazawa Yasushi、Takahashi Hiromitsu、Kayanoki Taishu、Niwa Ryota、Hashizume Masaki
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1061 Pages: 169097-169097
  • DOI: 10.1016/j.nima.2024.169097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GRBAlpha: The smallest astrophysical space observatory (2023)
  • Author(s): Pal, Ichinohe, Odaka, et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 677 Pages: A40-A40
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202346182
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The peak flux of GRB 221009A measured with GRBAlpha (2023)
  • Author(s): Ripa J.、Takahashi H.、Fukazawa Y.、Werner N.、Munz F.、Pal A.、et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: - Pages: L2-L2
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202346128
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] CAMELOT - a constellation of nanosattelites for monitoring and localizing high-energy transients (2023)
  • Author(s): Yasushi Fukazawa
  • Organizer: ICRC2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ガンマ線バースト観測超小型衛星群CAMELOTの現状 (2023)
  • Author(s): 深沢泰司
  • Organizer: 日本天文学会2023年度秋季年会
• [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