高密度ASアレイを用いた銀河中心方向からの10TeV領域宇宙ガンマ線天体の研究
| Project/Area Number |
23K22505
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| Project/Area Number (Other) |
22H01234 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
日比野 欣也 神奈川大学, 工学部, 教授 (80260991)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川田 和正 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (10401291)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
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| Keywords | 超高エネルギー宇宙線 / ガンマ線天文学 / ペバトロン / 超高エネルギーガンマ線 / ペバトロン天体 / 銀河中心 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、天の川銀河中心付近に1,000TeVを越える宇宙線陽子を発生および加速する天体（ペバトロン）の証拠を捉えることを目的とします。これまで1,000TeVを越える宇宙線陽子などの存在はよく知られていましたが、それらがどこで生まれ、どのようにエネルギーを得て、超高エネルギー宇宙線となるのかは大きな謎でした。2021年に北半球での我々のチベット空気シャワー実験により、天の川銀河面に点在する100TeVを越えるガンマ線の存在を初めて証明しました。銀河面に集中しているという結果から、銀河中心方向ではもっと強いペバトロン天体が見つかる可能性が高まり、本研究が始まりました。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2024年度から南米ボリビア・チャカルタヤ山中腹（標高4,740m）にシンチレーションカウンター約400台からなる空気シャワー観測装置とバックグランドとなるハドロン空気シャワー除去のための地下ミューオン検出装置からなるALPACA観測が始まることになった。APLACA計画は天の川銀河中心を含めた主に100TeVから1,000TeVの領域のガンマ線点源探索を目的としている。そして本研究では、ALPACA観測を補完するためにその観測装置に埋め込むように高密度空気シャワー観測装置（ASアレイ）を建設して、低エネルギー側の10TeV領域ガンマ線の感度を広げ、天の川銀河面に沿って広視野ガンマ線探査を行う予定である。本研究により、10TeV領域の感度まで拡張でき、効率的に10TeVから1,000TeV領域のガンマ線スペクトルを測定できるように考えている。最近の観測では銀河中心方向からの10TeVを越えるガンマ線放射の兆候が報告されており、理論的研究からは銀河中心方向からの100TeV以上高エネルギーガンマ線放射の存在が示唆されている。本研究でも、天の川銀河中心付近に1,000TeVを越える宇宙線陽子を発生および加速する天体（PeVatron）の証拠を捉えることを目的としている。
我々は、1989年から中国のチベット高原におけるチベット空気シャワー観測実験において、ミューオン観測装置と空気シャワー観測装置を用いて、バックグランドとなる宇宙線バックグランドを98%以上除去することを証明し、世界で初めて「かに星雲」からの100TeV 以上のガンマ線の観測、および銀河面からの100TeVを越える拡散ガンマ線の観測などに成功した。このことからも、南半球においても銀河中心方向の観測に本研究が十分な実績があると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は、本研究の本体であるALPACA実験のプロトタイプの空気シャワー観測装置（ALPAQUITA アレイ）が、コロナ禍により遅れていた設置を完了させることに集中した。2023年度前半には地上検出器の設置を完成させ、後半は試験観測を開始することができた。本研究予算からはメンテナンスや次年度計画に向けて、センサー部の光電子増倍管やその高圧電源モジュールを現地に輸送することができた。
現在までにまだ各種キャリブレーションが終了していないが、ALPAQUITA アレイによる空気シャワー試験観測の結果として、10TeV領域宇宙線に対して角度分解能約1度と目標を達成していることが確かめられた。この結果は宇宙線の月の遮蔽効果、いわゆる「月の影」を観測できることからも証明することができた。これらのことから、2022年度は本研究の目的に向けて概ね順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度、ALPACA観測計画は本研究計画当初の200台から400台の空気シャワー観測装置を大型化することが決まった。そのため、本研究目的としていた高密度空気シャワー観測装置はAPLACA観測計画の一部に組み込むこととして、観測エネルギー領域も10TeVから1000TeVの領域のガンマ線天体の観測ができるように再設計し直して、準備を進めている。2022年度はプロトタイプの空気シャワー観測装置（ALPAQUITA アレイ）による観測を開始し、2023年度はアレイの拡張、および地下ミューオン検出装置の建設を開始し、2024年にはALPACA空気シャワー観測装置による観測を開始する予定で進めている。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
