大口径大気チェレンコフγ線望遠鏡の稼働で迫る高エネルギー天体現象の発展的理解

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01126
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 窪 秀利 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40300868)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中森 健之 山形大学, 理学部, 教授 (30531876) ; 片桐 秀明 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (50402764) ; 齋藤 隆之 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60713419) ; 櫛田 淳子 東海大学, 理学部, 教授 (80366020) ; Mazin Daniel 東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (90747990)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 宇宙ガンマ線 / 大気チェレンコフ望遠鏡 / ガンマ線バースト / 活動銀河核

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、次世代ガンマ線天文台であるチェレンコフ望遠鏡大規模アレイ計画Cherenkov Telescope Array (CTA)の口径23m望遠鏡LSTの4台アレイの建設を完了し、現行のガンマ線望遠鏡MAGICと合わせた観測により、高エネルギー天体の放射・粒子加速機構や宇宙線起源の解明および暗黒物質対消滅γ線探索を行うことである。本年度、以下の成果を得た。
１、LST望遠鏡用の、光電子増倍管(PMT)と波形GHzサンプリング回路からなる光検出モジュールの製作・調整を行った。（１）スペイン・ラパルマ島に建設された望遠鏡初号機の焦点面に取り付けられた、このモジュール265台(1855素子)からなるカメラに対して、主鏡中央部に設置された較正用レーザーを用いて、測定電荷量の均一化(PMT増幅率の調整)やタイミング調整を行った。（２）建設予定のLST望遠鏡2－4号機に搭載する、同モジュールの組立および品質管理試験を昨年度に引き続き行った。
２、MAGIC望遠鏡によるTeV領域γ線観測のデータを解析した。（１）ガンマ線バースト190114Cのアラート受信後27秒でMAGICによる追尾を開始し、ガンマ線バーストからのTeVガンマ線を高有意度で観測することに史上初めて成功した。MAGIC単独の結果により、TeV領域ガンマ線は、シンクロトロン放射とは別の放射過程であることが判明し、さらに、電波からガンマ線までの多波長の観測結果から、高エネルギーガンマ線は、シンクロトロン自己コンプトン散乱であることが判明した。（２）電波銀河M87を2012-2015年に、MAGICを含めた多波長で観測したところ、低光度状態にあり、多波長放射は、電子シンクロトロン・コンプトン散乱モデル、または陽子と電子による放射モデルのどちらでも説明可能であるが、後者の方が、ガンマ線観測値との合致度が高いことが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

次世代大気チェレンコフγ線望遠鏡であるCTA口径23m望遠鏡LSTのカメラを構成する、光電子増倍管1855本と本研究で開発した波形GHzサンプリング回路からなるモジュールは、昨年度に望遠鏡焦点面に取り付けられ、2019年11月に、ガンマ線標準光源である、かに星雲からのガンマ線信号を検出することに成功した。さらに、2-4号機分のモジュールの製作・品質管理試験が進行中であり、本研究の目的である、望遠鏡4台アレイの建設がおおむね順調に進んでいる。また、MAGIC望遠鏡により、ガンマ線バーストからのTeVガンマ線を高有意度で観測することに史上初めて成功した。ガンマ線バーストの放射・粒子加速機構および銀河系外宇宙線の起源の解明に対して顕著な進展があり、本研究のもう一つの目的である、高エネルギー天体の放射機構・粒子加速機構や宇宙線起源の解明も、おおむね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

次世代ガンマ線天文台計画CTAの口径23m望遠鏡LST 4台の焦点面に搭載するカメラの製作・調整を今後も続け、完成したLST初号機を用いて、ガンマ線標準光源による性能評価観測および他天体の科学観測を進め、並行して、望遠鏡2-4号機のカメラを製作し、LST望遠鏡4台アレイの建設を完了させる。また、現行MAGIC望遠鏡と順次稼働開始するLST望遠鏡アレイの両方を用いて、活動銀河核や超新星残骸、パルサー星雲、ガンマ線バーストなどを観測し、高エネルギー天体の放射機構・粒子加速機構および宇宙線起源の解明を目指すとともに、高エネルギーニュートリノや重力波観測のフォローアップ観測を行い、マルチメッセンジャー天文学を推進し、対応天体の究明を目指す。また、矮小楕円体銀河や銀河中心領域を観測し、暗黒物質対消滅ガンマ線の探索を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IFAE/Complutense University of Madrid/University of Barcelona(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: IFAE/Complutense University of Madrid/University of Barcelona
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] MPI/Technical University of Dortmund/DESY(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: MPI/Technical University of Dortmund/DESY
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] University of Padova/INAF/University of Siena(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: University of Padova/INAF/University of Siena
  • # of Other Institutions: 3
• [Int'l Joint Research] CPPM/LAPP(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CPPM/LAPP
• [Int'l Joint Research] University of Lodz(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: University of Lodz
• [Journal Article] Statistics of VHE γ-rays in temporal association with radio giant pulses from the Crab pulsar (2020)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, M.L.Ahnen, H.Kubo, J.Kushida, N.Lewandowska, D.Mazin, T.Saito, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 634 Pages: A25-A25
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833555
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Great Markarian 421 Flare of 2010 February: Multiwavelength Variability and Correlation Studies (2020)
  • Author(s): L.Fortson, VERITAS Collaboration, V.A.Acciari, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, T.Saito, M.Teshima, et al., MAGIC Collaboration, multiwavelength partners
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 890 Pages: 97-97
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6612
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MAGIC very large zenith angle observations of the Crab Nebula up to 100 TeV (2020)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, N.Godinovic, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, R.Mirzoyan, M.Peresano, T.Saito, P.Temnikov, M.Teshima, I.Vovk, et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 635 Pages: A158-A158
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936899
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New Hard-TeV Extreme Blazars Detected with the MAGIC Telescopes (2020)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, C.Arcaro, V.Fallah Ramazani, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, E.Prandini, T.Saito, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Supplement Series Volume: 247 Pages: 16-16
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ab5b98
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Monitoring of the radio galaxy M87 during a low-emission state from 2012 to 2015 with MAGIC (2020)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, C.Arcaro, P.Bangale, H.Kubo, J.Kushida, M.Manganaro, D.Mazin, T.Saito, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 492 Pages: 5354-5365
  • DOI: 10.1093/mnras/staa014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep observations of the globular cluster M15 with the MAGIC telescopes (2019)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, W.Bednarek, H.Kubo, J.Kushida, P.Majumdar, D.Mazin, T.Saito, J.Sitarek, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 484 Pages: 2876-2885
  • DOI: 10.1093/mnras/stz179
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MAGIC and Fermi-LAT gamma-ray results on unassociated HAWC sources (2019)
  • Author(s): M.L.Ahnen, A.Fernandez-Barral, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, T.Saito, M.Teshima, et al., MAGIC Collaboration, I.Taboada, HAWC Collaboration, J.W.Hewitt, Fermi-LAT Collaboration
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 485 Pages: 356-366
  • DOI: 10.1093/mnras/stz089
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of the extragalactic background light using MAGIC and Fermi-LAT gamma-ray observations of blazars up to z=1 (2019)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, A. Dominguez, T.Hassan, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, A.Moralejo, T.Saito, M.Teshima, G.Vanzo, M.Vazquez Acosta, et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 486 Pages: 4233-4251
  • DOI: 10.1093/mnras/stz943
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Constraints on Gamma-Ray and Neutrino Emission from NGC 1068 with the MAGIC Telescopes (2019)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, H.Kubo, J.Kushida, A.Lamastra, S.Lombardi, D.Mazin, T.Saito, A.Stamerra, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 883 Pages: 13-13
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3a51
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Teraelectronvolt emission from the γ-ray burst GRB 190114C (2019)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, A.Berti, S.Covino, S.Inoue, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, D.Miceli, R.Mirzoyan, E.Moretti, L.Nava, K.Noda, T.Saito, M.Teshima, Ievgen Vovk, et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 575 Pages: 455-458
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1750-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of inverse Compton emission from a long γ-ray burst (2019)
  • Author(s): V.A.Acciari, A.Berti, S.Covino, S.Inoue, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, D.Miceli, R.Mirzoyan, E.Moretti, L.Nava, K.Noda, T.Saito, M.Teshima, Ievgen Vovk, MAGIC Collaboration, et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 575 Pages: 459-463
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1754-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Testing emission models on the extreme blazar 2WHSP J073326.7+515354 detected at very high energies with the MAGIC telescopes (2019)
  • Author(s): MAGIC Collaboration, V.A.Acciari, J.Becerra Gonzalez, M.Cerruti, L.Foffano, H.Kubo, J.Kushida, D.Mazin, T.Saito, M.Teshima, et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 490 Pages: 2284-2299
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2725
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] CTA 大口径望遠鏡初号機における波形サンプリング時間幅較正および 2-4 号機用カメラの組立・品質管理 (2020)
  • Author(s): 野上優人、片桐秀明、吉田龍生、猪目祐介、大岡秀行、岡崎奈緒、小林志鳳、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、Daniela Hadasch、Daniel Mazin、手嶋政廣、岡知彦、窪秀利、野崎誠也、増田周、奥村曉、折戸玲子、櫛田淳子、西嶋恭司、郡司修一、中森健之、砂田裕志、立石大、永吉勤、田中真伸、山本常夏、他 CTA-Japan consortium、池野正弘
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] MAGIC 望遠鏡による GRB 190114C からの逆コンプトン散乱放射の観測 (2020)
  • Author(s): 浅野勝晃、深見哲志、野田浩司、井上進、Alessio Berti、Stefano Covino、Davide Miceli、Lara Nava、Elena Moretti、須田祐介、Ievgen Vovk、Daniela Hadasch、稲田知大、岩村由樹、Daniel Mazin、齋藤隆之、櫻井駿介、Marcel Strzys、高橋光成、手嶋政廣、窪秀利、野崎誠也、櫛田淳子、西嶋恭司、他 MAGIC collaboration、有元誠
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] Boomerangパルサー風星雲と超新星残骸G106.3+02.7からの超高エネルギーガンマ線放射 (2019)
  • Author(s): 岡知彦、梶原侑貴、窪秀利、野崎誠也、平子丈、増田周、緒方智之、櫛田淳子、西嶋恭司、古田智也、浅野勝晃、稲田知大、岩村由樹、大谷恵生、小林志鳳、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、永吉勤、野田浩司、Daniela Hadasch、深見哲志、手嶋政廣、Daniel Mazin、中森健之、井上進、他 MAGIC Collaboration、佐野栄俊、福井康雄
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] MAGIC望遠鏡によるGRB 190114C からの超高エネルギーガンマ線の発見 (2019)
  • Author(s): 深見哲志、野田浩司、稲田知大、岩村由樹、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、Daniela Hadasch、手嶋政廣、Daniel Mazin、井上進、 Alessio Berti、Stefano Covino、Davide Miceli、Elena Moretti、 Lara Nava、須田祐介、Ievgen Vovk、窪秀利、野崎誠也、増田周、櫛田淳子、辻本晋平、西嶋恭司、他 MAGIC Collaboration
  • Organizer: 日本天文学会 2019年秋季年会
• [Presentation] GRB 190114CからのTeVガンマ線放射の物理 (2019)
  • Author(s): 井上進、Lara Nava、野田浩司、深見哲志、Alessio Berti、Davide Miceli、Stefano Covino、Elena Moretti、須田祐介、Ievgen Vovk、 稲田知大、岩村由樹、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、Daniela Hadasch、手嶋政廣、Daniel Mazin、櫛田淳子、辻本晋平、西嶋恭司、窪秀利、野崎誠也、増田周、他 MAGIC Collaboration
  • Organizer: 日本天文学会 2019年秋季年会
• [Presentation] Cherenkov Telescope Array (CTA) 計画：全体報告（16） (2019)
  • Author(s): 窪秀利、井岡邦仁、吉田龍生、山本常夏、齋藤隆之、手嶋政廣、戸谷友則、野田浩司、吉越貴紀、田島宏康、他 CTA Consortium
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] CTA 大口径望遠鏡初号機のカメラの較正と試験観測 (2019)
  • Author(s): 齋藤隆之、猪目祐介、大岡秀行、岡崎奈緒、小林志鳳、櫻井駿介、高橋光成、手嶋政廣、Daniela Hadasch、Daniel Mazin、岡知彦、窪秀利、野崎誠也、増田周、奥村曉、折戸玲子、片桐秀明、野上優人、吉田龍生、櫛田淳子、西嶋恭司、郡司修一、中森健之、砂田裕志、永吉勤、田中真伸、山本常夏、他 CTA-Japan consortium、池野正弘、内田智久
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] MAGIC報告 69：ブレーザーBL Lacertaeに対する2015年の多波長観測(2) (2019)
  • Author(s): 辻本晋平、櫛田淳子、Elina Lindfors、Monica Vazquez Acosta、井上進、岩村由樹、窪秀利、齋藤隆之、手嶋政廣、西嶋恭司、野田浩司、Daniela Hadasch、増田周、Daniel Mazin、他 MAGIC Collaboration、Fillippo D'Ammando
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] MAGIC報告70：ブレーザー1ES 1959+650の2016年TeVフレアの多波長観測 (2019)
  • Author(s): 高橋光成、Wrijupan Bhattacharyya、稲田知大、井上進、岩村由樹、櫛田淳子、窪秀利、齋藤隆之、櫻井駿介、辻本晋平、手嶋政廣、西嶋 恭司、野崎誠也、野田浩司、Daniela Hadasch、深見哲志、増田周、Daniel Mazin、他 MAGIC Collaboration、林田将明、他 Fermi-LAT Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] MAGIC報告71：GRB 190114CからのTeVガンマ線の発見 (2019)
  • Author(s): 野田浩司、井上進、Alessio Berti、Stefano Covino、深見哲志、Davide Miceli、Elena Moretti、Lara Nava、須田祐介, Ievgen Vovk、稲田知大、岩村由樹、櫛田淳子、窪秀利、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、辻本晋平、手嶋政廣、西嶋恭司、野崎誠也、Daniela Hadasch、増田周、Daniel Mazin、他MAGIC Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] MAGIC報告72：GRB 190114CからのTeVガンマ線放射の物理 (2019)
  • Author(s): 井上進、Lara Nava、野田浩司、Alessio Berti、Stefano Covino、深見哲志、Davide Miceli、Elena Moretti、須田祐介、Ievgen Vovk、稲田知大、岩村由樹、櫛田淳子、窪秀利、齋藤隆之、櫻井駿介、高橋光成、辻本晋平、手嶋政廣、西嶋恭司、野崎誠也、Daniela Hadasch、増田周、Daniel Mazin、他MAGIC Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Remarks] CTA-Japan ホームページ
  • URL: http://www.cta-observatory.jp/
• [Remarks] MAGIC-Japan ホームページ
  • URL: http://magic.scphys.kyoto-u.ac.jp/