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

2023 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 – 2025-03-31
• 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している。天文学会，物理学会，宇宙科学技術連合講演会などの研究集会で本研究に関連する近隣分野の情報収集および意見交換を行いつつ，解析手段として原子核・素粒子実験分野で古くから用いられているHough変換を用いた手法を適用し，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開発を継続して進めた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

Hough変換を適用して電子・陽電子対生成事象の候補イベントを弁別するソフトウェアの開発と，事象の選別能力や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ているが，研究代表者のその他の業務の多忙により，特性評価および再構成性能の評価はまだ十分とは言えず，フライトデータでの銀河面マップの描画など低エネルギー銀河系内宇宙線の起源につながる解析に至っていない。

Strategy for Future Research Activity

事象解析コードの開発を加速させ，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と比較して性能評価を行う。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とその将来発展性を検証し，フライトデータでの銀河面マップの描画を行い，低エネルギー宇宙線の起源の議論を行う。

Causes of Carryover

全体的に研究計画が後ろ倒しとなっており，近隣分野の専門家との議論も進みつつあるが限定的になっていることに加えて，研究計画の申請時の想定よりもオンラインを利用した会議や学会が増えており旅費による支出が減っている。また，将来応用研究の実証に用いる計画であった物品費についても，本筋の解析開発が遅れているため実証段階に至っておらず支出が減ることとなった。これら予算は次年度に回し，本研究の遅れをリカバリーするために用いつつ，リカバリー後の適切なタイミングで議論を実施するために用いることとした。