Study of Gamma-Ray Bursts with Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K20368
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 須田 祐介 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (70910321)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Keywords: ガンマ線バースト / 残光 / 超高エネルギーガンマ線 / 大気チェレンコフ望遠鏡 / MAGIC / CTA

Outline of Annual Research Achievements

本研究は大気チェレンコフ望遠鏡を用いたガンマ線バースト（GRB）のガンマ線放射機構の解明を目的としている。MAGICが発見したGRBのTeVガンマ線残光放射はシンクロトロン自己コンプトン放射機構（SSC）で自然に説明できるが、これが普遍的な性質であるのかなどを理解するためMAGICが新たに観測した2つのGRBについて研究を進めた。1つは赤方偏移パラメータ 1.1で発生したGRB 201216Cで、MAGICは残光放射の検出に成功した。低エネルギーに特化した解析を完遂し、多波長モデリングにより、これまでのTeVガンマ線検出を伴うGRBと同様に、SSCで自然に説明できることが判明した。一方で、ジェットが突き進む周囲の物質の密度分布としてこれまでの一様密度とは異なり星風的な分布を強く示唆する結果を得た。星風的な密度分布はこのGRBを含む即時放射の継続時間が長い種族において期待されるものである。成果を責任著者の一人として論文発表、国際会議において報告した。もう1つのGRBはMAGICがTeVガンマ線放射の兆候を捉えたGRB 201015Aであり、データ解析とモデリングを完了し成果を国内学会等で報告し、論文化を進めた。
感度向上を目指し、MAGICと次世代ガンマ線天文台CTAのLST初号基（LST-1）との同時観測のための解析パイプラインの構築を国際チームのまとめ役の一人として推進した。完成した同時解析により、MAGIC (LST-1)単体観測に比べ30% (40%)暗い天体まで検出できることを明らかにし、性能評価論文を責任著者の一人として発表し、成果を国際学会にて報告した。この同時解析はCTA時代におけるステレオ解析のパスファインダーともいえ、こうした貢献が認められ、他3名の共同研究者とともにMAGICコラボレーションのFlorian Goebel Prize 2023を受賞した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MPI for Physics(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: MPI for Physics
• [Int'l Joint Research] IFAE(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: IFAE
• [Int'l Joint Research] INAF/INFN/U. Trieste(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: INAF/INFN/U. Trieste
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] U. Zagreb(クロアチア)
  • Country Name: CROATIA
  • Counterpart Institution: U. Zagreb
• [Int'l Joint Research] U. Lodz(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: U. Lodz
• [Journal Article] MAGIC detection of GRB 201216C at z = 1.1 (2023)
  • Author(s): H. Abe, ..., Y. Suda et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 527 Pages: 5856～5867
  • DOI: 10.1093/mnras/stad2958
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Performance of the joint LST-1 and MAGIC observations evaluated with Crab Nebula data (2023)
  • Author(s): H. Abe, ..., Y. Suda et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 680 Pages: A66～A66
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202346927
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Performance of the joint observations with CTA LST-1 and MAGIC (2023)
  • Author(s): Y. Suda, A. Berti, F. Di Pierro, Y. Ohtani, J. Sitarek, E. Visentin on behalf of the CTA-LST Project and the MAGIC Collaboration
  • Organizer: XVIII International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics 2023 (TAUP2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of sub-TeV gamma-ray emission from GRB 201216C at redshift 1.1 (2023)
  • Author(s): Y. Suda, A. Berti, S. Fukami, S. Loporchio, L. Nava, K. Noda, K. Asano, Z. Bosnjak, F. Longo on behalf of the MAGIC Collaboration, A. Gomboc, N. Jordana-Mitjans, A. Melandri, C. Mundell, M. Shrestha, and I. Steele
  • Organizer: TeV Particle Astrophysics 2023 (TeVPA2023)
  • Int'l Joint Research