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2021 Fiscal Year Annual Research Report

100TeV超領域ガンマ線天文学の確立

Research Project

Project/Area Number 21H04464
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大西 宗博  東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (10260514)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywordsガンマ線天文学 / 宇宙線 / チベット
Outline of Annual Research Achievements

数 100 TeV 宇宙ガンマ線を作る親の原子核宇宙線はいわゆる Knee 領域である数 PeV のエネルギーを持つとされ、その起源が銀河系内から系外に遷移すると考えられているエネルギーに相当するため、100 TeV 超領域でのガンマ線観測は、宇宙線の起源・加速問題に大きな知見を与えるなど、物理学的・天文学的意義が極めて大きいと考えられている。 本研究の目的は、2014 年からデータ収集を開始し世界で初めて 100 TeV を超えるエネルギーのガンマ線を検出した、大面積 (3,200 平方メートル) 地下水チェレンコフ型ミューオン観測装置を有する広視野宇宙線望遠鏡であるチベット空気シャワー観測装置を継続運用し、そのデータを使用することにより、100 TeV 超領域ガンマ線天文学を確立することである。
空気シャワー観測において、その到来方向は各検出器がシャワー粒子を検出した時間差から求めるため、TDC (時間-デジタル変換器) は角度分解能を決める要となるパーツの一つである。チベット空気シャワー観測装置で現在使用している TDC は 1999 年に導入され、当時の電子部品の制約から時間分解能は 0.5 ns である。これを高い時間分解能を持つ最新の TDC と置き換えることで、角度分解能の改善、感度の向上を目指す。
今年度は、中国科学院国家天文台と協力し、チベット空気シャワー観測装置の TDC を最新のものと置き換える準備を実施した。同時に、チベット空気シャワー観測装置で得られつつあるデータの解析や必要なモンテカルロシミュレーション等を研究協力者とともに行なった。
また、南半球のボリビアで同様の観測を推進しているALPACA実験グループとの協力関係を確立した。
研究の進捗状況と成果については、研究代表者および研究協力者が学術雑誌論文、各種国際会議、日本物理学会、日本天文学会などで発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

空気シャワー観測において、その到来方向は各検出器がシャワー粒子を検出した時間差から求めるため、TDC (時間-デジタル変換器) は角度分解能を決める要となるパーツの一つである。チベット空気シャワー観測装置で現在使用している TDC は 1999 年に導入され、当時の電子部品の制約から時間分解能は 0.5 ns である。これを高い時間分解能を持つ最新の TDC と置き換えることで、角度分解能の改善、感度の向上を目指した。
今年度は、中国科学院国家天文台と協力し、新しい TDC を収納する VME クレート、置き換えに必要な TDC のうちの一部、VME からデータを読み出すためのインターフェイスボード、データ収集用PC、部品、ケーブルなどの必要な物品を購入し、研究協力者とともに東京大学宇宙線研究所と中国科学院国家天文台においてデータ収集のためのソフトウェア開発、データ収集の安定性試験と較正等を実施した。
同時に、チベット空気シャワー観測装置で得られつつあるデータの解析や必要なモンテカルロシミュレーション等を研究協力者とともに行なった。
また、南半球のボリビアで同様の観測を推進しているALPACA実験グループとの協力関係を確立した。
研究の進捗状況と成果については、研究代表者および研究協力者が学術雑誌論文、各種国際会議、日本物理学会、日本天文学会などで発表した。
以上の通り、研究実施計画に沿って研究を進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、チベット空気シャワー観測装置の TDC を含むデータ収集系を最新のものと置き換え、調整、較正を実施する。同時に、チベット空気シャワー観測装置で取得されているデータの解析をさらに進め、100 TeV 超領域ガンマ線天文学を確立につなげる。

  • Research Products

    (49 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (38 results) (of which Int'l Joint Research: 25 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 中国科学院国家天文台/中国科学院高能物理研究所/西藏大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      中国科学院国家天文台/中国科学院高能物理研究所/西藏大学
    • # of Other Institutions
      14
  • [Int'l Joint Research] Universidad Mayor de San Andres(ボリビア)

    • Country Name
      BOLIVIA
    • Counterpart Institution
      Universidad Mayor de San Andres
  • [Int'l Joint Research] Universidad de Guadalajara(メキシコ)

    • Country Name
      MEXICO
    • Counterpart Institution
      Universidad de Guadalajara
  • [Journal Article] Hadronic interaction model dependence in cosmic Gamma-ray flux estimation using an extensive air shower array with a muon detector2023

    • Author(s)
      Okukawa S.、de la Fuente E.、Miranda P.、Ohnishi M.、Takita M. et al.
    • Journal Title

      Experimental Astronomy

      Volume: 55 Pages: 325~342

    • DOI

      10.1007/s10686-022-09883-4

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Trigger time acquisition system for ground based air shower experiments2022

    • Author(s)
      Ohura T.、Ohnishi M.、Katayose Y.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 1028 Pages: 166363~166363

    • DOI

      10.1016/j.nima.2022.166363

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of the Gamma-Ray Energy Spectrum beyond 100 TeV from the HESS J1843-033 Region2022

    • Author(s)
      Amenomori M.、Chen D.、Ohnishi M.、Takita M. et al.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 932 Pages: 120~120

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac6ef4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Study of water Cherenkov detector to improve the angular resolution of an air-shower array for ultra-high-energy gamma-ray observation2022

    • Author(s)
      Nakada H.、Shiomi A.、Ohnishi M.、Sako T. K.、Hibino K.、Katayose Y.
    • Journal Title

      Experimental Astronomy

      Volume: 53 Pages: 991~1016

    • DOI

      10.1007/s10686-022-09855-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sensitivity of the large muon detector with the Tibet air-shower array to measure the primary proton spectrum between 40 and 630 TeV2022

    • Author(s)
      Kurashige D、Hotta N、Katayose Y、Kawata K、Ohnishi M、Saito T、Sako T K、Shibata M、Takita M
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2022 Pages: 093F01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac119

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detectability of southern gamma-ray sources beyond 100 TeV with ALPAQUITA, the prototype experiment of ALPACA2021

    • Author(s)
      Kato S.、Fuente E. de la、Miranda P.、Ohnishi M.、Takita M. et al.
    • Journal Title

      Experimental Astronomy

      Volume: 52 Pages: 85~107

    • DOI

      10.1007/s10686-021-09796-8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] PeV Cosmic-Ray Origin and Galactic Diffuse Gamma-Ray Observation with the Tibet Air Shower Experiment2023

    • Author(s)
      Kazumasa Kawata
    • Organizer
      Theory meeting experiment: Particle astrophysics and Cosmology 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置による超高エネルギーガンマ線源の観測(7)2023

    • Author(s)
      加藤勢
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会, オンライン
  • [Presentation] 深層学習を用いたガンマ線/原子核宇宙線空気シャワー選別手法の研究(Ⅱ)2023

    • Author(s)
      奥川創介
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会, オンライン
  • [Presentation] ALPACA 実験 4: ALPAQUITA 初期性能 と今後の建設計画2023

    • Author(s)
      﨏隆志
    • Organizer
      日本天文学会 2023年 春季年会, 立教大学
  • [Presentation] Highlights from the Tibet AS Gamma Experiment2022

    • Author(s)
      Masato TAKITA
    • Organizer
      19TH DIVISIONAL MEETING OF THE HIGH ENERGY ASTROPHYSICS DIVISION
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Modeling of the Sidereal Anisotropy of TeV Galactic Cosmic Rays Based on an MHD-simulated Heliosphere2022

    • Author(s)
      T. K. Sako
    • Organizer
      COSPAR 2022, Athens, Greece
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Galactic sub-PeV diffuse gamma rays observed by the Tibet air shower array and muon detector array2022

    • Author(s)
      K. Kawata
    • Organizer
      COSPAR 2022, Athens, Greece
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The solar magnetic field and the sun shadow in high-energy cosmic rays observed by the Tibet ASgamma experiment2022

    • Author(s)
      M. Takita
    • Organizer
      COSPAR 2022, Athens, Greece
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent results on gamma-ray observation by the Tibet ASgamma experiment2022

    • Author(s)
      M. Takita
    • Organizer
      International Conference on High Energy Physics 2022, Bologna, Italy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Latest results from the Tibet ASgamma experiment2022

    • Author(s)
      Masato TAKITA
    • Organizer
      21st International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions, Ooty, India
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of multi-ten TeV to sub-PeV gamma rays from the HESS J1843-033 region with the Tibet air shower array2022

    • Author(s)
      S. Kato
    • Organizer
      The 27th European Cosmic Ray Symposium, Nijmegen, the Netherlands
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The sun shadow in high-energy cosmic rays observed with the Tibet air shower array, as a probe of the solar magnetic field2022

    • Author(s)
      M. Takita
    • Organizer
      The 27th European Cosmic Ray Symposium, Nijmegen, the Netherlands
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Latest results from the Tibet ASgamma experiment: Dawn of sub-PeV gamma-ray astronomy2022

    • Author(s)
      Masato TAKITA
    • Organizer
      Neutrino Oscillation Workshop 2022, Ostuni, Italy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dawn of sub-PeV gamma-ray astronomy2022

    • Author(s)
      T. K. Sako
    • Organizer
      Neutrino Oscillation Workshop 2022, Ostuni, Italy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of sub-PeV gamma rays from HESS J1843-033 with the Tibet air shower array2022

    • Author(s)
      S. Kato
    • Organizer
      The 15th Asia Pacific Physics Conference, Online
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置による超高エネルギーガンマ線源の観測(6)2022

    • Author(s)
      加藤勢
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会, 岡山理科大学
  • [Presentation] ALPACA 実験 3: ALPAQUITA 建設報告 20222022

    • Author(s)
      大西宗博
    • Organizer
      日本天文学会 2022年 秋季年会, 新潟大学
  • [Presentation] Tibet 空気シャワー観測装置による天体からの sub-PeV ガンマ線の観測2022

    • Author(s)
      加藤勢
    • Organizer
      日本天文学会 2022年 秋季年会, 新潟大学
  • [Presentation] Tibet 空気シャワー観測装置による sub-PeV 銀河拡散ガンマ線の観測2022

    • Author(s)
      川田和正
    • Organizer
      日本天文学会 2022年 秋季年会, 新潟大学
  • [Presentation] Measurement of the primary cosmic-ray proton spectrum between 40 TeV and a few hundreds of TeV’s. using the Tibet hybrid experiment (Tibet-III + MD)2022

    • Author(s)
      Y. Katayose
    • Organizer
      TeV Particle Astrophysics 2022, Kingston, USA
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-high-energy gamma-gay observation by the Tibet air shower array and radio observations to specify Galactic PeVatrons2022

    • Author(s)
      Sei Kato
    • Organizer
      A half century of milimeter and submiimeter astronomy: Impact on astronomy/astrophysics and the future, Miyakojima, Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent results on sub-PeV gamma-ray observation by the Tibet ASgamma experiment2022

    • Author(s)
      Masato Takita
    • Organizer
      Cosmic Rays in the Multi-Messenger Era, Paris, France
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置による超高エネルギーガンマ線源の観測(5)2022

    • Author(s)
      加藤勢
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会 (2022年), オンライン
  • [Presentation] Tibet-IIIとMDによる100TeV周辺陽子スペクトルの観測2022

    • Author(s)
      倉茂大智
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会 (2022年), オンライン
  • [Presentation] チベット実験で観測された宇宙線異方性の太陽圏磁場による変調(3)2022

    • Author(s)
      佐古崇志
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会 (2022年), オンライン
  • [Presentation] Gamma-ray Observation of SNR G106.3+2.7 with the Tibet Air Shower Array2021

    • Author(s)
      Munehiro OHNISHI
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Highlights from gamma-ray observation by the Tibet ASgamma experiment2021

    • Author(s)
      Masato Takita
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A northern sky survey for ultra-high-energy gamma-ray source using the Tibet air-shower array and muon-detector array2021

    • Author(s)
      Xu Chen
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gamma-ray Observation of the Cygnus Region with the Tibet Air Shower Array2021

    • Author(s)
      Yusaku KATAYOSE
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of ultra-high-energy diffuse gamma rays from the galactic plane with the Tibet air shower array2021

    • Author(s)
      Kazumasa Kawata
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sensitivity of the Tibet hybrid experiment (Tibet-III + MD) for primary proton spectra between 30 TeV and a few hundreds of TeV’s2021

    • Author(s)
      Daichi Kurashige
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Half ALPACA and its sensitivity to sub-PeV gamma rays from the Galactic Center2021

    • Author(s)
      Yoshichika Yokoe
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Current status of ALPACA for exploring sub-PeV gamma-ray sky in Bolivia2021

    • Author(s)
      Takashi Sako
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A simulation study on the performance of the ALPAQUITA experiment2021

    • Author(s)
      Sei Kato
    • Organizer
      37th International Cosmic Ray Conference, Berlin, Germany
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent results from the Tibet ASgamma experiment2021

    • Author(s)
      Masato TAKITA
    • Organizer
      TeV Particle Astrophysics 2021, Chengdu, China
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置による超高エネルギーガンマ線源の観測 (4)2021

    • Author(s)
      佐古崇志
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会, オンライン
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置による銀河面からのsub-PeV拡散ガンマ線の観測2021

    • Author(s)
      川田和正
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会, オンライン
  • [Presentation] チベット空気シャワー観測装置を用いた数TeV領域でのガンマ線バースト探索2021

    • Author(s)
      五味明日香
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会, オンライン
  • [Remarks] Tibet ASγ Experiment

    • URL

      https://www.tibet-asg.org

  • [Remarks] ALPACA Experiment

    • URL

      https://alpaca-experiment.org

URL: 

Published: 2023-12-25  

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