2023 Fiscal Year Final Research Report

Exploring energy spectrum anisotropies in ultra-high energy cosmic rays with the Telescope Array

Research Project

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Project/Area Number	18H03705
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research Institution	Osaka Metropolitan University (2022-2023) Osaka City University (2018-2021)
Principal Investigator	Tsunesada Yoshiki 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50401526)
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) 冨田孝幸信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (70632975) 多米田裕一郎大阪電気通信大学, 工学部, 准教授 (90467019)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超高エネルギー宇宙線 / アマテラス粒子 / 異方性
Outline of Final Research Achievements	This project aims at carrying out long-term operation of the Telescope Array (TA), the largest cosmic ray observatory in the northern hemisphere constructed at Utah, USA, and at measuring energy spectrum of cosmic rays from different sky regions. We found that the energy spectra of cosmic rays observed at the Telescope Array (TA), the northern hemisphere, and that observed at the Pierre Auger Observatory, the southern hemisphere, agree well in the common declination band, but not in the northern and southern skies. This discrepancy improves if some cosmic-ray-intense regions like the "hot spot" and "PSCC" region are removed from the analysis. This is interpreted that the cosmic ray energy spectrum is uniform as a whole, however, there are some regions where the cosmic ray intensity is different from others. This may suggest the two regions contain origin of cosmic ray sources. We also found an extremely energetic event, 244EeV cosmic ray named the "Amaterasu particle" on May 2021.
Free Research Field	超高エネルギー宇宙線
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	超高エネルギー宇宙線のエネルギースペクトルは観測事例も少なく、そのエネルギースペクトルは全天方向からのイベントを合算して得られるのが常であった。TAの長期安定稼働を異実現させることにより、到来方向ごとのエネルギースペクトルを行うだけの統計量を実現するとともに、その解析手法を開発することで宇宙線の異方性と起源天体を議論する基盤を確立した。またTAでの最高エネルギーイベント「アマテラス粒子」（観測史上では２番目の高エネルギー）を発見することとなった。このイベントの到来方向には起源となりそうな天体が見つかっておらず、このイベントは宇宙線の起源について我々に課題を突き付けることにもなった。