2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the ultra high energy cosmic ray source evolution by detailed measurement of cosmic rays in the wide energy range
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15H05741
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
荻尾 彰一 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20242258)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹田 成宏 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (40360581)
有働 慈治 神奈川大学, 工学部, 准教授 (50506714)
多米田 裕一郎 大阪電気通信大学, 工学部, 講師 (90467019)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 宇宙線物理学 / 超高エネルギー宇宙線 / 化学組成 / 宇宙線源 / 粒子加速 / 宇宙線の伝播 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、地表粒子検出器(SD)80台と大気蛍光望遠鏡(FD)10台を米国ユタ州デルタ市近郊のTelescope Array実験（TA実験）サイトに設置し、Telescope Array Low energy Extension(TALE)ハイブリッド検出器を建設すること、さらに建設後2年間の観測から、10の16乗から10の18乗電子ボルト領域宇宙線について、銀河系内起源での加速、磁場による閉じ込め・遮断、銀河系外起源の宇宙論的進化、の解明に迫ることである。2018年度には科学研究費委員会審査・評価第二部会による研究進捗評価を受け、「A：当初目標に向けて順調に研究が進展している」との結果であった。以下では、2018年度の実績報告書に記述した「今後の研究の推進方策」の実施計画４項目に沿って、その結果を述べる。（１）ハイブリッド観測開始：2018年9月にハイブリッドトリガーシステムを中央データ収集計算機に設置し運転を開始し、調整期間を経て同年11月から定常運用を開始・継続している。この成果については2018年10月の国際会議UHECR2018（於パリ）で発表した。（２）人材の強化、データ解析へ重心を移す：宇宙線化学組成のデータ解析に精通する研究分担者を新たに加え、データ解析プログラムの開発体制を強化した。FDによる観測データ解析プログラムが完成し、当初目標通りの低エネルギーしきい値、組成決定精度が達成できる見込みである。この成果については、2019年3月の日本物理学会で発表した。（３）TALE実験の較正：較正のための中央レーザー散乱光の観測は2018年中に行われたが、データ解析は今後行う予定である。（４）定常観測の継続と他の観測装置との連携：定常観測を継続しており、毎週モニターデータを集計して装置の健全性を確認している。TA実験との同時観測によるエネルギースケールの統一は今後の課題である。
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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
６．でも述べたように、2018年度には科学研究費委員会審査・評価第二部会による研究進捗評価を受け、「A：当初目標に向けて順調に研究が進展している」との結果であった。2018年2月にSD80台によるTALE実験SDアレイの設置が完了し、ハイブリッドトリガーシステムが2018年11月に完成し、安定稼働状態に入った。TALE実験はTelescope Array実験(TA実験)と共同することで、10の16乗から10の20乗電子ボルトを超えるエネルギー領域を、単一のエネルギースケールでシームレスに、しかもFDとSDのハイブリッドで観測する世界で唯一の装置であり、これが完成したことになる。 当初予定の103台よりもSDが少ないが、TA実験より低いエネルギーの宇宙線を観測するための設置間隔400mの領域と間隔600mの領域は完全にカバーされており、研究目的の達成に実質的な問題はない。 データ収集・データ解析は今後行われるが、FDに関するデータ解析プログラムの開発とその性能評価はすでに終わっている。今後はハイブリッド事象の解析のためのプログラム開発と性能評価が必要となる。化学組成決定に使われるパラメーターである空気シャワー最大発達深さ(Xmax)の精度として20g・cm^-2を達成できる見込みで、これは世界最高レベルの精度であり、10の16.5乗電子ボルトから10の18乗電子ボルトのエネルギー領域では史上最高の精度である。 TA実験の3台のFDとTALE実験FDの合計4台でステレオ観測された空気シャワー事象の解析が可能になっている。これは世界で唯一の解析能力で、TA実験の米国側グループも達成していない。エネルギースケールの統一はこのプログラムを通して行われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題で進めてきたTALE実験SDアレイについては、2018年2月に全80台の設置が完了し、総面積40平方kmのSDアレイが完成した。2012年から稼働を続けている10台のFDで検出されたイべントトリガーによって、SDアレイの情報も取得する「ハイブリッドトリガー」は2018年9月に実装作業が行われて、同年11月から定常観測運用が始まり、観測が継続されている。これに対して、データ解析プログラムの開発が2018年度から始まり、FD観測に対する解析プログラムは完成して性能が確認され、SDアレイ観測に対する解析プログラムもほぼ完成している。2019年度はSDアレイ用解析プログラムの性能評価、それぞれの観測装置の性能評価をモンテカルロシミュレーションイベントの解析を通じて進めていく。さらに現在未完成のハイブリットイベント用データ解析プログラムの開発を完了し、その性能評価を進める。その後、実イベントのデータ解析を進め、2019年度内に予備的な解析結果を公表したい。2019年度も定常観測を継続する。TA実験と比較したエネルギー・到来方向決定精度の決定、TA実験との間のエネルギースケールの統一などにはTA実験との連携が必要である。低エネルギー側での化学組成決定には、チェレンコフ光検出によってTALE実験よりさらに低エネルギー側への観測感度を拡張するNICHE実験との連携も重要である。
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