2021 Fiscal Year Annual Research Report

パルサーとGRBの詳細観測を可能にする原子核乾板時刻付与機構の開発

Research Project

Project/Area Number	21J20707
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	小田美由紀神戸大学, 人間発達環境学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2024-03-31
Keywords	ガンマ線 / 原子核乾板 / 検出器開発 / 宇宙線 / 気球実験
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題は、原子核乾板を用いたエマルション望遠鏡での大面積、長時間、高時間分解能観測を実現することで、パルサーやGRBの詳細観測を可能にすることを目指す。銀塩フィルムの一種である原子核乾板は、荷電粒子の飛跡を高い空間分解能で記録するものの、現像するまで飛跡を蓄積するため本来時間情報を持たない。多段シフターは複数枚のフィルムの位置関係を時間に従って意図的に変えることで、到来時刻を与えている。申請者は、大口径面積望の実現に向けて、駆動機構を大きく変えた新型シフターの研究開発を進めている。本年度は、新型シフターの時間分解能評価を目的とし、小片フィルムを用いた動作試験を行った。前回実験の6倍以上大面積化したフィルムパックの作成手法を確立し、新型シフターの駆動精度を維持するセットアップを見出した。また、パルサーの位相分解に必要な数十ミリ秒の分解能を獲得するオペレーションを開発した。それらを用いて、実際に小片フィルムを搭載した動作試験を実施し、地上に降る宇宙線を観測した。現像後、複数枚に記録された飛跡一つ一つを再構成することで、時間に対応する各フィルムの位置関係を得た。この動作試験によって、新型シフター初の飛跡再構成を達成するとともに、最終的に気球実験において天体結像に必要なサブ秒の時間分解能と、1GeV以上のガンマ線での高解像度撮像に必要な0.1秒の時間分解能を有することを確認した。また、従来型に比べて3倍近く再構成精度が向上する可能性を見出し、数十ミリ秒の分解能の獲得に向けた見通しを得た。今後2023年実験での導入に向けて、低温低圧下での動作確認等を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究課題において2022年に3月に予定されていた気球実験は、新型コロナ蔓延の影響により2023年の3月へと1年延期されている。そのため、JAXA通信機器とのかみ合わせ試験やエマルション望遠鏡の組み上げリハーサルと総合試験は来年度となった。本年度は、新型シフターの基礎特性解明に重点を置いた。大面積フィルムパックの作成手法を確立したり、パルサー位相分解に向けた高時間分解能オペレーションのベースラインを開発したりと、メカニカルな開発は概ね達成している。また、小片フィルムを用いた宇宙線観測も予定通り実施し、新型シフターで初めてとなる飛跡を用いた性能評価を行った。この動作試験により、前回実験と同等な天体結像に必要なサブ秒の時間分解能を実証している。また数十ミリ秒の時間分解能を獲得する可能性を見出し、従来型に比べた時間分解能の向上は達成されつつある。 3月ごろから、JAXA宇宙研所有の恒圧恒温槽を用いて低温低圧条件下での動作確認を行い、現在その温度応答について理解を進めているところである。したがって、新型シフターの気球実験導入は1年の遅れを余儀なくされているものの、その地上における性能評価は達成されている。
Strategy for Future Research Activity	「現在までの進捗状況」の項でも述べたように気球実験の実施は2023年の3月に延期されている。そのため、次年度に気球実験へ向けた準備を行う。まず低温低圧化条件下での動作試験により、気球実験オペレーションを決定するとともにフィルム搭載試験を実施し、気球実験下での新型シフターの駆動精度を評価する。そして、他コンポーネントと合わせた制御系の準備を行うとともに、JAXA通信機器とのかみ合わせ試験やエマルション望遠鏡の組み上げリハーサル等を行う。2023年の2月から豪州にて本番フライトの準備に入り、年度末頃にフライトレディーを迎える。最終年度は、現地での気球実験から始まり、2回のフライトを実施する。帰国後、フィルムを現像、一部のフィルムデータを用いて解析を始め、新型シフターの気球実験下での時間分解能評価を行う。