2020 Fiscal Year Annual Research Report
Long-term observations to study the origins of Galactic Cosmic Rays and search for Dark Matter with CALET
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19H05608
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
鳥居 祥二 早稲田大学, 理工学術院, 名誉教授 (90167536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 正樹 立命館大学, 理工学部, 教授 (80210136)
田村 忠久 神奈川大学, 工学部, 教授 (90271361)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 高エネルギー宇宙線 / 銀河宇宙線 / 宇宙線加速 / 近傍加速源 / 暗黒物質 / 多波長天文学 / 国際宇宙ステーション / カロリメータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で実施しているISS日本実験棟「きぼう」に搭載したCALorimetric Electron Telescope（CALET）による高エネルギー宇宙線の観測は、2015年10月から約5.5年に亘って極めて順調に実施されている。JAXAと連携した軌道上観測の常時モニタリングを行って観測運用の最適化を図ることにより、効率的かつ安定的な観測が実現されている。その結果、主要な観測モードである高エネルギートリガーによる観測イベント数はすでに約13億イベントに達しており、(1) 1 GeV-10 TeV領域の電子、(2) 10 GeV-数100 TeV領域の陽子・原子核、(3)１GeV-1 TeV領域のガンマ線、の観測が達成されている。
それらの観測結果の内で、電子観測ではすでに10 GeV-4.8 TeVのエネルギースペクトルの観測結果をPRL(2017、2018)において発表し、本研究の主要課題である近傍加速源の探索に不可欠な、TeV領域での観測について論文作成を準備している。陽子・原子核観測では、50 GeV-10 TeVにおける陽子のエネルギースペクトルの観測において、数100 GeV領域でのスペクトルの硬化を単一の観測装置により最高精度で検出し、PRL(2019)でEditor's Suggestionとして発表している。加えて、2020年度には、主要な一次核である炭素、酸素の10 GeV/n-2.2 TeV/nのエネルギースペクトルの観測結果をPRL(2020)において発表し、陽子と符合するスペクトルの硬化の検出に成功している。ガンマ線観測では、拡散成分や高輝度天体の観測に加えて、LIGO/Virgo-03ランでの重力波観測との連携による電磁波成分の観測結果の速報（GCNなど) を継続的に実施している。これらの最新の成果は、国際会議、日本物理学会等で適宜に発表している。
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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
CALETは期待通りの観測性能を発揮して、これまで5年以上の期間にわたって観測が順調に実施されている。その結果、研究期間内に本研究目的を達成するために必要な観測データの取得が予定通りに進行している。同時に、軌道上データ較正及びデータ解析手法の開発により、電荷識別やエネルギー測定などの重要な観測性能がこれまで通り高精度に達成されている。CALETの当初予定の観測期間は5年間であったが、2015年8月の打ち上げ後2年間の定常観測期間のあと、後期運用による延長観測が実施されている。そして、この期間の観測運用の進行状況をチェックするため、JAXA宇宙理学委員会による「CALET後期運用科学審査会」が2020年12月に実施され、この期間におけるサクセスクライテリアを達成していることが確認されている。この結果をうけて2021年3月にJAXA有人宇宙技術部門による「CALET後期運用審査会」において、2024年12月まで観測継続が承認されている。
本研究の主要な目的である、高エネルギー電子の観測においては、TeV領域でのエネルギースペクトルの測定結果が得られており、近傍加速源に関する論文作成を準備している。陽子・原子核の観測では、重原子核成分の加速・伝播機構の解明に不可欠な10 GeV/n-2.2 TeV/n領域の鉄原子核のエネルギースペクトルの論文がPRLで受理されている。さらに、これまで未発表のヘリウムや2次成分（１次成分との比を含む）の観測について、論文作成に必要なデータが取得できている。ガンマ線の観測では、拡散ガンマ線スペクトルや変動天体等の観測が順調に実施されている。その他、あらせ衛星やMAXIなどの他観測との連携により宇宙天気予報に関する研究(JGR2020,Space Weather2020)や、太陽変調に関する研究にも成果を挙げており、適宜に国内外の会議で発表している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の目標として、5年間の観測による科学目的の達成を予定していたが、現時点においてすでに5年間を超える観測を達成しており、先に述べたように2024年12月までの観測継続が決定している。この結果、当初目標を大幅に上回る観測が本研究期間内に達成できる予定である。これまでの観測運用は極めて順調に実施されており、観測性能に影響を与えるような装置の不具合や回復不能な故障は部分的にも発生していないので、予定期間における観測実現の可能性は極めて高いと考えている。
これまでの軌道上観測データに基づく装置較正の達成、及びデータ解析手法の新規開発等により、主要な研究目的である宇宙線(電子、陽子・原子核)の高精度直接観測が期待通りに実現しており、米伊との国際共同研究による複合的なデータ解析が順調に達成されている。このため、現状の観測条件を維持して順調にデータ蓄積を達成することにより、高エネルギー領域における宇宙線の高精度測定を実現し、研究期間内に所期の研究目的を達成することが十分に可能であると判断している。
さらに、長期に亘る安定した軌道上運用の結果、当初目的にはなかった太陽フレアや重力波源などの突発現象に関する共同研究が、他観測との同時観測等により多岐にわたって実現しており、当該分野との緊密な研究連携により今後に大きな成果が期待できる。とりわけ重力波観測との連携では、LIGO/VirgoにKAGRAが加わり、格段に感度や位置決定精度が向上するO4ラン(2022年6月開始予定）の期間に同時観測を実施し、重力波発生機構における電磁波成分の存在または上限値を明らかにすることを目指す。
以上の科学成果発信のため、研究成果の発表を国内外の会議で積極的に行うとともに、重要な観測結果について主要雑誌による論文発表を出来る限り速やかに実施する予定である。
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