Search for halos of ultra high-energy cosmic rays with X-ray and gamma-ray observations

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22356
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0203:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Kanagawa University (2022); Institute of Physical and Chemical Research (2020-2021)
• Principal Investigator: Tsuji Naomi 神奈川大学, 理学部, 特別助教 (50878444)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2023-03-31
• Keywords: 宇宙線 / ガンマ線観測 / X線観測 / 最高エネルギー宇宙線

Outline of Final Research Achievements

Ultra high energy cosmic rays (UHECRs) interact with CMB (cosmic microwave background), forming a pool of electrons and positrons, referred to as halo, around sources. This work aims at searching for the halos induced by UHECRs through gamma-ray and X-ray observations in order to understand the mechanism of UHECRs. I obtained analysis method of TeV gamma-ray observational data taken by HESS (The High Energy Spectroscopic System). A few active galactic nuclei and star burst galaxies, which are considered to be suitable for this study, were selected and analyzed in the TeV gamma-ray and X-ray bands. Unfortunately, there was no significant signal of the halos. I also contributed to evaluation and improvement on performances of analysis software of HESS.

Free Research Field

X線ガンマ線天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

UHECRの観測的研究は、地上望遠鏡による直接観測によって発展を遂げ、近年ではIceCubeによるニュートリノ観測も加わり、UHECRの起源にはより一層注目が集まっている。そこで、電磁波観測から間接的にUHECRの兆候が捉えられれば、宇宙線観測や理論研究といった多岐に渡る分野に大きなインパクトをもたらすことができる。今回は残念ながら検出には至らなかったが、本研究で確立したデータ解析方法は、チェレンコフ望遠鏡CTAなどに適応可能である。CTAは既に一号機の運用がスタートしており、近い将来、より空間分解能の高い観測データが取得されるため、本研究はUHECRの分野における将来に先駆けた研究となった。