Polarization measurement for high energy gamma-ray sources with the nuclear emulsion

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K20382
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nakamura Yuya 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 特任助教 (30964457)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: 宇宙線 / ガンマ線 / 偏光 / 原子核乾板 / 気球実験

Outline of Final Research Achievements

GRAINE is the experiment for the cosmic gamma-ray observation with nuclear emulsion films. We developed new high-precision emulsion scanning system to realize the polarization measurement for sub-GeV/GeV gamma-rays. The positional resolution with the new system achieved 70--200 nm, and this value is about one order of magnitude higher than that with the current system. We reanalyzed the flight data gamma-ray with the new system, and the angular resolution for gamma-rays is 3 times higher than that with the current system. We continue to develop the new system to improve the analysis speed, and we conducted next balloon experiment with 6.6 times larger aperture area in 2023, and we aim to realize the observation with higher resolution and the first step of the polarization measurement with the new high-precision system.

Free Research Field

宇宙ガンマ線

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高エネルギーなガンマ線を放射する天体は宇宙における天然の加速器として、粒子を加速していると考えられているが、その加速機構には未だ未解明な点が多い。偏光観測は粒子加速において重要な磁場の情報を直接的に得ることができる重要な観測手法である。一方で、その観測の難しさから高エネルギー帯域では未だ観測結果は報告されていない。本研究によって、世界初となる偏光観測の実現に繋がる成果が得られ、これまでの観測とは全く異なる新しい知見を今後もたらすことが期待される。また、角度分解能も既存データと比べて一桁近く向上することが期待され、銀河中心付近での暗黒物質起源ガンマ線の研究にも寄与する。