高精度直接観測で探る高エネルギー宇宙線の加速と伝播

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26220708
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 鳥居 祥二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90167536)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森 正樹 立命館大学, 理工学部, 教授 (80210136)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: 宇宙線 / 加速・伝播機構 / 近傍加速源 / 暗黒物質 / 国際宇宙ステーション / 国際研究者交流 / 米国、イタリア / イメージングカロリメータ

Outline of Annual Research Achievements

宇宙線の加速・伝播機構の体系的な解明と近傍加速源・暗黒物資の探索を主な目的としたCALorimeteric Electron Telescope (CALET)は、平成27年８月19日に「こうのとり５号機」に搭載されて打ち上げられ、国際宇宙ステーション(ISS)の日本実験棟（きぼう）船外実験プラットフォームに設置された。その後、約45日のチェックアウト期間を経て、10月初旬より初期運用を開始し、2016年1月より定常運用に移行している。この間、現在までにすでに６ヶ月以上にわたって観測が継続的に実施されている。そして、今後は打ち上げ後２年間（目標:５年間）の観測により、研究目的の達成を図る計画である。
観測データは、ISSからNASAのリレー衛星（TDRSS)を経由して、米国NASA/MSFCから筑波宇宙センター（TKSC)に伝送され、ネットワークを介して早稲田大学に構築した「Waseda CALET Operations Center(WCOC)」においてほぼリアルタイムでRaw Dataとして受信している。リレー衛星の不可視時間帯等に生じるテレメトリーの切断期間の観測データは、一旦ISS上のデータ記録装置に保管される。そして、１時間単位で欠損データ補完を行った観測データ（レベルゼロ:L0)を、科学解析用データとして受信している。Raw Dataは、軌道上観測運用のモニターやガンマ線バーストの速報のために利用し、L0データを用いて科学解析用の高次レベルデータの生成を行い、米伊を含む共同研究者に配布して国際共同研究体制でデータ解析を実施している。軌道上観測運用のモニターシステムや、L0データからの高次レベルデータ作成及び科学解析データ処理のシステムは、これまでの研究実績によりすでにほぼ完全な状態で構築されており、今後の科学成果の獲得に向けて極めて順調に研究が進展している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

CALETは、当初より予想されていた１年間の遅延はあったものの、平成27年8月19日に無事打ち上げられ、その後の「きぼう」船外実験プラットフォーム（JEM-EF)#9ポートへの設置も順調に行われた。軌道上における観測開始まえのチェックアウトにおいても、地上で検証された性能がほぼ同様に維持されていることが確認され、平成27年10月初旬からの初期観測を開始した。そして、打ち上げ後90日間までの観測データにより要求されていた電子、ガンマ線、重原子核の各観測項目に関するミニマムサクセス条件を達成できていることが、宇宙科学研究所理学委員会において承認された。その結果、「現状のパフォーマンスにおいて，当初設定した科学目標を達成できる運用が可能と予想される」と判断されている。CALETプロジェクトとしては、JAXA有人宇宙技術センターにおける地上運用システムを含む定常運用移行審査を受け、平成28年1月より定常運用が承認された。
初期観測開始後の観測運用状況は極めて順調で、初期段階ですでにTeV領域電子やガンマ線バーストイベントの観測に成功し、10月19日に初期検証状況の記者説明会をJAXAと早稲田大学の合同で実施している。そして、平成28年3月末までに、10 GeV以上の宇宙線イベントを１億例以上取得し、初期的な解析により約65万例の電子イベントを観測している。さらに、当初は予測されていなかった太陽活動に起因する地球磁気圏における”電子なだれ（REP)”現象の観測に成功し、GRLに投稿して受理されている。そのほかLIGOによる重力波観測に付随するガンマ線バーストの観測結果も得ており、近々論文の投稿を予定している。進捗状況の報告としては、国際共同研究として査読付き論文（３編）、国際会議プロシーディングス（11編）、国内学会発表（22編）、国外発表（4編、内招待講演3編）の発表を行っている。

Strategy for Future Research Activity

CALETは平成27年８月に打ち上げられて以来、チェックアウトフェーズ、初期運用フェーズをへて平成28年１月より定常運用観測に移行しており、極めて順調に軌道上観測が継続されている。軌道上の観測データは筑波宇宙センター(TKSC) 経由で早稲田大学に設置されているCALET 運用センター(WCOC) に、Raw Dataとして数秒間で伝送される。WCOCではリアルタイムなミッション運用を実施して、装置状態をモニターするとともに、装置較正の実施と高次レベルデータの作成・解析を行う。そして、近傍加速源・暗黒物質の探索などによる高エネルギー宇宙線の加速・伝播機構研究の新展開を目指して、米伊との国際共同研究として以下の方策で今後の研究推進を行う。
１）WCOCにおける24時間運用体制の継続のため、運用に専念する研究員、連携研究者、研究協力者により確実な運用体制を維持して今後数年間にわたる長期間観測の実施を達成する。
２）最小電離損失に近い陽子（およびヘリウム）の選択的トリガーにより、位置依存性・温度依存性を正確に理解した装置較正方法を確立する．そして、装置較正済みのデータをもとに科学データ解析を国際研究チーム体制で遂行し、できるだけ速やかに所期の研究成果を国際会議等で発表する。研究成果が得られたものは論文を順次作成し、国際的に著名な学術誌に投稿するとともに、それらの成果は広く社会にもマスコミやWEBを通じて広報する。
３）打ち上げ後2年間の観測により、電子、ガンマ線、原子核などの各観測項目についてJAXAで定義されているフルサクセス(TeV領域電子及び数100TeVまでの原子核観測による、A)宇宙線加速・伝播機構の定量化、B)近傍加速源及び暗黒物質のモデル制限、C)拡散ガンマ線のモデル制約、など）を達成し、さらに５年間の観測によりエクストラサクセスの実現に挑戦する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University at St.Louis(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University at St.Louis
  • # of Other Institutions: 3
• [Int'l Joint Research] INFN University of Pisa/INFN University of Florence/INFN University of Roma Tor Vergata(Italy)
  • Country Name: Italy
  • Counterpart Institution: INFN University of Pisa/INFN University of Florence/INFN University of Roma Tor Vergata
  • # of Other Institutions: 3
• [Journal Article] CALET on the ISS: a high energy astroparticle physics experiment (2016)
  • Author(s): P.S. Marrocchesi for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series, (TAUP2015) Volume: TBD Pages: 1-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The CALorimetric Electron Telescope(CALET) for high-energyy astroparticle physics on the International Space Station (2015)
  • Author(s): O,Adriani Y,Akaike, Y.Asaoka, P,Maestro, M.Mori, S.Torii et al.
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series(24th ECRC) Volume: 632 Pages: 012023
  • DOI: 10.1088/1742-6596/632/1/012023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CALET's sensitivity to Dark Matter annihilation in the galactic halo (2015)
  • Author(s): H.Motz, Y.Asaoka, S.Torii, S.Bhattacharyya
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 12 Pages: 047
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2015/12/047
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calorimetric Electron Telescope (CALET) for the International Space Statio (2015)
  • Author(s): Shoji Torii for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#581 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Heavy ion beam test at CERN-SPS with the CALET Structure Thermal Model (2015)
  • Author(s): Tadahisa Tamura for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#589 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CALET energy calibration using CERN-SPS beam tests (2015)
  • Author(s): Yosui Akaike for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#613 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CALET's Sensitivity to Dark Matter and Astrophysical Sources (2015)
  • Author(s): Holger Motz for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#1194 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of the Waseda CALET Operations Center (WCOC) for Scientific Operations (2015)
  • Author(s): Yoichi Asaoka for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#603 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CALET measurements with cosmic nuclei: expected performance of tracking and charge identification (2015)
  • Author(s): Paolo Brogi for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#595 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CALET perspectives for calorimetric measurements of high energy electrons based on beam test results (2015)
  • Author(s): Gabriele Bigongiari for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#592 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simulation studies of the expected proton rejection capabilities of CALET (2015)
  • Author(s): Francesco Palma for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#1196 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Predicted CALET Measurements of Heavy and Ultra-Heavy Cosmic Ray Nuclei (2015)
  • Author(s): Brian Flint Rauch for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#627 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Self consistent simulation of Dark Matter and background (2015)
  • Author(s): Saptashwa Bhattacharyya, Holger Motz, Shoji Torii, Yoichi Aasaoka, Yuko Okada
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#1182 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gamma-Ray Observations with CALET: Exposure Map, Response Functions, and Simulated Results (2015)
  • Author(s): N. W. Cannady for the CALET Collaboration
  • Journal Title: Proceedings of Science (ICRC2015) Volume: ID#995 Pages: 1-8
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] CALET軌道上観測の初期運用報告 (2016)
  • Author(s): 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小澤俊介, 赤池陽水, Motz Holger, 田村忠久, 清水雄輝, 日比野欣也, 奥野祥二, 吉田篤正, 坂本貴紀, 高橋一郎, 中平聡志, 山岡和貴, 寺澤敏夫, 浅野勝晃, 吉田健二, 片寄祐作, 森正樹, 市村雅一, 宗像一起, 加藤千尋, 塩見昌司, 柳田昭平, 三宅晶子, 片岡龍峰, 晴山慎, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] ISS軌道上におけるCALETの電子観測条件最適化 (2016)
  • Author(s): 浅岡陽一, 鳥居祥二, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 安藤祐貴, 神尾泰樹, 佐藤郁也, 竹本翔一, 田中瑞樹, 宮田諒平, 山口優幸, 大和啓一, Holger Motz, 清水雄輝, 田村忠久, 上野史郎, 冨田洋, 他CALET
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] CALET地上データ監視システム運用 (2016)
  • Author(s): 山口優幸, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 神尾泰樹, 佐藤郁也, 竹本翔一, 宮田諒平, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 軌道上データを用いたCALET検出器のMIP較正 (2016)
  • Author(s): 小宮優馬, 鳥居祥二, 笠原克昌, 赤池陽水, 浅岡陽一, 小澤俊介, Holger Motz, 清水雄輝, 田村忠久, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] CALET軌道上データのイベント選別アルゴリズム (2016)
  • Author(s): 竹本翔一, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 神尾泰樹, 田中瑞樹, 宮田諒平, 山口優幸, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] ISS軌道上におけるCALETの電荷識別性能 (2016)
  • Author(s): 小澤俊介, 赤池陽水, 浅岡陽一, 植山良貴, 岡田侑子, 笠原克昌, 佐藤文佳, 田中真文, 田村忠久, 土川恵理子, 鳥居祥二, Holger Motz 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] CALET観測における宇宙線到来方向の決定方法 (2016)
  • Author(s): 佐藤郁也, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 竹本翔一, 中平聡B, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Discerning Pulsar and Dark Matter Explanations of the Positron Excess with CALET (2016)
  • Author(s): Holger Motz, Yoichi Asaoka, Shoji Torii, Saptashwa Bhattachar
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] CALET プロジェクト:「きぼう」における高エネルギー宇宙線、ガンマ線観測 (2016)
  • Author(s): 鳥居 祥二
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] ISS軌道上におけるCALETの電荷識別性能 (2016)
  • Author(s): 小澤 俊介
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] ISS軌道上におけるCALETの電子観測条件最適化 (2016)
  • Author(s): 浅岡 陽一
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] 軌道上データを用いたCALET検出器のMIP較正 (2016)
  • Author(s): 赤池 陽水
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] CALET ガンマ線バーストモニターの機上性能と初期成果 (2016)
  • Author(s): 坂本 貴紀
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] Ability of CALET to Identify or Constrain Dark Matter Annihilation and Decay in the Galactic (2016)
  • Author(s): Motz Holger
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] The CALorimetric Electron Telescope(CALET): On-station and Operationg (2016)
  • Author(s): John Krizmanic for the CALET Collaboration
  • Organizer: CosmicSIG meeting at 227th AAS meeting
  • Place of Presentation: Kissimmee, FL
  • Year and Date: 2016-01-04 – 2016-01-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Status of the CALorimetric Electron Telescope in the International Space Station (2015)
  • Author(s): S.Torii for the CALET Collaboration
  • Organizer: TeV Particle Astrophysics 2015
  • Place of Presentation: Kashiwa, Japan
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Dark Matter Sensitivity of CALET (2015)
  • Author(s): Holger Motz
  • Organizer: TeV Particle Astrophysics 2015
  • Place of Presentation: Kashiwa, Japan
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CALETによるISS軌道上観測 (2015)
  • Author(s): 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 村上浩之, 小澤俊介, 赤池陽水, Motz Holger, 田村忠久, 清水雄輝, 吉田篤正, 坂本貴紀, 高橋一郎, 上野史郎, 冨田洋, 中平聡志, 山岡和貴, 寺澤敏夫, 吉田健二, 片寄祐作, 森正樹, 他CALETチーム
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] Waseda CALET Operations Center (WCOC) におけるミッション運用 (2015)
  • Author(s): 浅岡陽一, 鳥居祥二, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 神尾泰樹, 竹本翔一, 山口優幸, 大和啓一, Holger Motz, 清水雄輝, 田村忠久, 上野史郎, 冨田洋, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CALET観測模擬データを用いた軌道上観測条件の最適化 (2015)
  • Author(s): 大和啓一, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 赤池陽水, 小澤俊介, 神尾泰樹, 竹本翔一, 山口優幸, Holger Motz, 清水雄輝, 田村忠久, 上野史郎, 冨田洋, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] 分散処理によるCALET解析システムの高度化 (2015)
  • Author(s): 奥野祥二, 田村忠久, 清水雄輝, 日比野欣也, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 小澤俊介, 赤池陽水, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CALETフライトモデルの地上ミューオン試験 (2015)
  • Author(s): 赤池陽水, 鳥居祥二, 笠原克昌A, 小澤俊介, 浅岡陽一A, 田村忠久B, 清水雄輝B, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CERN-SPSにおける重イオンビーム実験に用いたCALET熱構造モデルの較正試験 (2015)
  • Author(s): 田中真文, 鳥居祥二, 笠原克昌, 浅岡陽一, 小澤俊介, 赤池陽水, 岡田侑子, 土川恵理子, Holger MotzB, 田村忠久C, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CERN-SPS重イオンビーム実験によるCALET のエネルギー測定性能 (2015)
  • Author(s): 土川恵理子, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, Holger Motz, 小澤俊介, 赤池陽水, 岡田侑子, 田中真文, 田村忠久, 清水雄輝,他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CERN-SPS重イオンビーム試験によるCALET-CHDの電荷分解能 (2015)
  • Author(s): 岡田侑子, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小澤俊介, 赤池陽水, 田中真文, 土川恵理子, Holger Motz, 田村忠久, 他CALETチーム
  • Organizer: 本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [Presentation] CALET on the ISS: (2015)
  • Author(s): P.S.Marrocchesi for the CALET Collaboration
  • Organizer: XIV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • Place of Presentation: Torino, Italy
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] CALET
  • URL: http://calet.jp
• [Remarks] 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置（CALET）
  • URL: http://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/ef/calet/
• [Remarks] 早稲田大学理工学研究所鳥居研究室
  • URL: http://www.crlab.wise.sci.waseda.ac.jp
• [Remarks] 未知の暗黒物質に迫る 理工学術院鳥居祥二教授ら、国際宇宙ステーション「きぼう」で間もなく観測開始
  • URL: http://www.waseda.jp/top/news/29762
• [Funded Workshop] CALET Technical Interface Workshop (2015)
  • Place of Presentation: Pisa INFN, Pisa, Italy
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26