数MeV核ガンマ線のイメージング分光による低エネルギー銀河系内宇宙線の研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03596
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 水村 好貴 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40711982)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 宇宙線 / ガンマ線カメラ / 電子・陽電子対生成

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，低エネルギー宇宙線の起源を解明するため，宇宙線と星間物質の相互作用で生ずるC-12およびO-16からの脱励起ガンマ線（4.44 MeVおよび6.13 MeV）の銀河面マップを作成し，評価することで低エネルギー宇宙線の存在現場を特定する研究である。近年のX線観測では超新星残骸等で宇宙線密度が1桁程度高いことが示唆されており，この示唆結果と相補的な手段による本研究での確認が期待されている。
2018年に豪州で高度40 kmに気球飛翔したSMILE-2+実験のフライトデータが存在し，本研究ではこのデータでまだ十分な解析が行われていない電子・陽電子対生成事象について，その解析方法の構築・評価から行い，数MeV帯域のガンマ線マップを得て，局所的でない大局的な低エネルギー宇宙線の起源について解明を目指す。本研究の副産物としての将来計画への解析手法の応用も期待できるうえ，従来は雑音となる事象を用いてその精細な特性を解析することから，既存解析手法の感度向上も期待できる。解析手段として原子核・素粒子実験分野で非常に一般的なHough変換を用いた手法を適用し，早期の成果創出を行う。計算環境の構築と，電子・陽電子対生成事象の候補イベントにHough変換を適用するための基礎的な情報収集および解析コードの試作・開発，その候補事象の選別能力や解析コードによる事象再構成の精度を評価するために必要なシミュレーションの開発を進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

電子・陽電子対生成事象の候補イベントにHough変換を適用するための基礎的な解析コードの開発と，その候補事象の選別能力や解析コードによる事象再構成の精度を評価するために必要なシミュレーションの開発を進めたものの，事象の誤認識率やエネルギー分解能・角度分解能などの再構成性能の評価はまだ十分ではなく，近隣分野の専門家との議論は次年度に行うこととした。

Strategy for Future Research Activity

事象の誤認識率の評価を進めるために，ガンマ線入射による電子・陽電子対生成事象のシミュレーションのみでなく，対象観測エネルギー帯域外のガンマ線や宇宙線トリガー事象のシミュレーションを進める。再構成精度を評価しつつトレードオフを考慮した解析条件を検証し，フライトデータでの銀河面マップの描画を行い議論を進める。

Causes of Carryover

近隣分野の専門家との議論をより有意義なものとするため，解析コードによる事象の誤認識率や再構成の特性や精度を十分に評価できた段階での成果発表および議論を行うこととした。そのため旅費を中心として残額が発生した。この予算は次年度に回し適切なタイミングで研究・議論を加速度的に進めるために用いることとした。