Development of a simulator to predict the final states of interactions between cosmic-rays and inter-stellar gas and atmosphere in a broad energy range

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15K05098
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kamae Tuneyoshi 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (90011618)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奈良 寧 国際教養大学, 国際教養学部, 教授 (70453008)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ガンマ線天体物理 / ニュートリノ天体物理 / 宇宙線の相互作用 / 高エネルギー天体物理 / 素粒子反応 / 原子核反応

Outline of Final Research Achievements

This project aimed at predicting the spectra of gamma-rays, electrons, neutrinos, and nuclei produced in the interaction of cosmic-rays with inter-stellar matter or with magnetic field in the stellar objects. The simulation platform consists of JAM, a simulator for heavy ion collisions tuned in the RHIC energy range and a version of Phythia8. The energy range to be covered is from (K.E./nucleon) 300MeV to ~PeV. The secondary particles considered are gammas, electrons, neutrinos, and protons.
The framework has been compared only in the energy range below 10TeV and only for incident particle of protons. The Voyager-I observation of electrons and protons have been fitted with other cosmic-ray observations. The obtained spectra indicate that the observed low-energy cosmic rays include those from local IP white dwarfs.

Free Research Field

物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

天体GeVガンマ線の観測が大きく発展し、5000以上の点源と、宇宙線とガスの衝突する場所が多数発見された。ガンマ線スペクトルや時間変動は、粒子加速や物質と磁場の分布、さらに宇宙線のスペクトルを教えてくれる。宇宙起源のニュートリノを検出し始めた。
加速器実験のデータに基づいて、宇宙線と標的の組合わせで2次粒子スペクトルを予言することは、学術情報を得るには必修となる。コードを校正する実験は限られたエネルギーでしか存在しない。理論に基きデータを繋ぐシミュレータが、重要となる。 信頼できるシミュレータを作成すれば、既存のデータの解釈だけでなく、近い将来に稼働始める実験の解析にも、極めて有用となる。