2021 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 / 宇宙線加速 / 宇宙線銀河内伝播 / 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6.5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15億に達しており、(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、の観測を継続的に実施している。
観測結果の内で、電子観測ではすでにPRL(2017)において発表した10 GeV-4.8 TeVのエネルギースペクトルの解釈に関する論文を観測結果をApJに発表するとともに、本研究の主要課題であるTeV領域での近傍加速源の検出に関する報告を国際会議(ICRC2019) で行なっている。陽子・原子核観測では、 核子あたり10 GeV-2 TeVにおける鉄核のエネルギースペクトルの観測結果をPRLにて発表している。この結果は、酸素より軽い原子核に見られる数100 GeV領域でのスペクトルの硬化が見られず、その成因の理論的検討に対して強い制約を与えている。そのほか、米国Van Allen Probes 衛星との同時観測により、放射線帯におけるREP現象（相対論的電子降下）の発生機構に関する論文をGeophysical Research Lettersで発表している。今年度の最新の研究成果については、宇宙線国際会議（16件、内1件は招待講演）、日本物理学会（14件）等国内外の会議において適宜発表している。
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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2015年8月の打ち上げ後、当初予定の5年間の観測期間を過ぎて、これまで6年以上の期間にわたって期待通りの観測性能を発揮して、観測が順調に実施されている。そして、本研究計画を開始した2019年4月からすでに観測量は約２倍に増大している。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処理手法の向上により、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。この期間の観測運用の進行状況をチェックするため、2022年3 月に行われた１年毎のJAXA「中間確認会」において、 今後の軌道上運用の継続について問題はないことが確認されている。
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、これまでの２件のPRL発表論文に加えて、その結果の理論的検証に関する論文をApJに発表し、近傍加速源に関する予備的な結果を国際会議（ICRC2021)において発表している。陽子・原子核の観測では、これまでにPRLで発表された陽子、炭素・酸素の論文に加えて、まだ観測の少ない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をPRLにて発表している。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。その他、米国のVan Allen Probes 衛星との同時観測により、宇宙天気予報に関する研究成果を論文発表している。以上のように、本研究計画は、順調な観測の継続により所期の目的通りの研究成果を挙げており、一部に期待を超える成果と考えられるものもあるが、「おおむね順調に進展している」と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度から開始した本研究計画では、2015年10月からのCALETの観測開始からすでに約6.5 年間の観測データを取得して、現時点における所期の観測目的を達成している。今後のCALETの観測は、2020年12月のJAXA/宇宙科学研究所宇宙理学委員会による「CALET後期運用科学審査会」と、2021年3月の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。このため、本研究計画が終了する2023年度までの観測は問題なく継続することができる。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、予定期間における研究目的の達成は十分に可能であると考えている。
現在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向上等により、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重層的なデータ解析が達成されている。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他観測との研究が、共同観測の実施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。
以上の科学成果発信のため、研究成果の迅速な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確実に実施する予定である。
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Research Products
(50 results)
