2017 Fiscal Year Annual Research Report
Search for Dark Matter in Galactic Center with Cosmic Gamma-ray Observations
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15H02086
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田島 宏康 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80222107)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / ガンマ線 / 宇宙線 / 放射線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銀河中心近傍の暗黒物質探査においては、背景放射の不定性の主原因となる未検出のガンマ線天体に関する研究を進めた。我々の画像処理ソフトウェアで検出器の分解能の効果を逆畳み込みすることで、新しいガンマ線天体を検出した実績があるが、銀河中心近傍では、拡散ガンマ線の強度が高いため、点源の検出が困難となっている。そこで、我々の画像処理ソフトウェアに既知の拡散ガンマ線の強度分布を取り込めるようにソフトウェアを改良した。試験解析で数個の新しいガンマ線天体候補を見つけ、この手法の有用性を検証した。
並行して、次世代ガンマ線観測装置Cherenkov Telescope Array (CTA)で使用する半導体光センサー(SiPM)の開発とその信号処理回路をマックスプランク核物理研究所やエルランゲン大学と共同で開発している。SiPMでは、クロストークとよぶ現象によって入射光子数より大きな光子数を出力してしまう欠点があり、その結果、光子数の少ない背景事象をガンマ線シャワーの現象と間違えてしまうことが問題となる。夜光による背景信号の頻度が高いCTAでは、クロストークによる偶発的トリガーが性能低下の原因となるため、光検出効率 (PDE) を維持しながらクロストークを抑制したSiPMの開発が主要な課題となっている。また、クロストークを極力抑制するため、動作電圧を下げると光検出効率が低下してしまうため、動作電圧の最適化も必要となる。
CTAに使用するSiPMの選定に向けて、採用候補製品の特性測定の中で、クロストークが保護樹脂を介して発生することに着目し、保護樹脂が厚いほどクロストークを低減できることを発見した。しかし、保護樹脂が厚いほど近接ピクセルへのクロストークが増加する点に問題がある。したがって、さらにクロストークを低減できる保護樹脂をなくす方向で開発を進めることにした。
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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
銀河中心近傍の暗黒物質探査においては、背景放射の不定性の主原因となる未検出のガンマ線天体に関する研究において、我々の画像処理ソフトウェアに既知の拡散ガンマ線の強度分布を取り込めるようにソフトウェアを改良して試験解析した結果、数個の新しいガンマ線天体候補を見つけ、この手法の有用性を検証できた。
CTAに使用するSiPMの開発においては、採用候補製品の特性測定の中で、クロストークが保護樹脂を介して発生することに着目し、保護樹脂が厚いほどクロストークを低減できることを発見した。しかし、保護樹脂が厚いほど近接ピクセルへのクロストークが増加する点に問題があることも判明したため、さらにクロストークを低減できる保護樹脂をなくす方向で開発を進めることにした。
一方でSiPMの開発と並行してカメラ信号処理系の較正方法の確立にも取り組み、波形記録回路の時刻ずれ、SiPMのクロストーク、ゲイン特性の較正法をモジュールレベルで確立した。本較正法の特徴は、現地での較正を前提とし、較正していない光源を用いてゲイン較正を可能にしている点である。本研究では、高いゲインで測定しているため120光電子程度以上では、飽和の影響が出ているが、実際の低いゲインではさらに高い光電子まで測定できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
銀河中心近傍の暗黒物質探査においては、2017年度の試験解析で古い拡散ガンマ線の強度分布を使用していたが、最新の拡散ガンマ線の強度分布を活用して、より多くの未検出ガンマ線天体の発見を目指す。
CTAに使用するSiPMの開発においては、本年度中の測定で保護樹脂を除くことでクロストークを劇的に改善できること、保護樹脂なしでも組み立て上の大きな問題はないことを確認した。クロストーク特性が劇的に改善できる見込みが立ったおかげで、クロストーク特性を若干犠牲にしても光検出効率を向上させることができる余地ができた。今後は、SiPMの最適化に向けて、さらに改善したSiPMの特性測定を完了する。
SiPMの開発と並行してカメラ信号処理系の較正方法の確立にも取り組んでおり、2017年度までに波形記録回路の時刻ずれ、SiPMのクロストーク、ゲイン特性の較正法をモジュールレベルで確立してきた。2018年度は、カメラの試作機を用いて較正法を検証する。
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