高エネルギーガンマ線によるパルサー、活動銀河など特異天体の観測

• 研究課題/領域番号: 06044052
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木舟 正 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40011621)
• 研究分担者: G Thornton アデレード大学, 物理数学科, 講師 ; J. Patterson アデレード大学, 物理数学科, 助教授 ; R Protheroe アデレード大学, 物理数学科, 助教授 ; 鈴木 州 神戸大学, 理学部, 助手 (20243298) ; 吉田 龍生 茨城大学, 理学部, 助教授 (60241741) ; 柳田 昭平 茨城大学, 理学部, 助教授 (40013429) ; 原 忠生 山梨学院大学, 経営情報学部, 教授 (60013413) ; 森 正樹 宮城教育大学, 教育学部, 助教授 (80210136) ; 松原 豊 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (80202323) ; 村木 綏 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (70013430) ; 荻尾 彰一 (萩尾 彰一) 東京工業大学, 理学部, 助手 (20242258) ; 谷森 達 東京工業大学, 理学部, 助教授 (10179856) ; 林田 直明 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (50114616) ; PROTHEROE Raymond Dept.of Phys.and Math.Phys., University of Adelaide・reader ; THORNTON Gregory Dept.of Phys.and Math.Phys., University of Adelaide・lecturer ; PATTERSON John Dept.of Phys.and Math.Phys., University of Adelaide・reader ; 田村 忠久 神奈川大学, 工学部, 助手 ; 水本 好彦 神戸大学, 理学部, 助教授 (20219653) ; PATTERSON J. アデレート大学, 物理数学科, 助教授 ; 手嶋 政廣 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (40197778)
• 研究期間 (年度): 1994 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 8,400千円 (直接経費: 8,400千円); 1995年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円); 1994年度: 4,300千円 (直接経費: 4,300千円)
• キーワード: ガンマ線天文学 / パルサー / 活動銀河 / 超新星残骸 / 宇宙線の起源 / 天体での粒子加速 / 空気チェレンコフ望遠鏡 / PSR1706-44 / ガンマ線パルサー / 超高エネルギーガンマ線 / かにパルサー / 星雲 / 帆座パルサー / 解像型チェレンコフ望遠鏡

研究概要

平成6年度までの観測とそのデータ解析により、(1)かに星雲からの超高エネルギーガンマ線を検出した。大きな天頂角(53°〜58°)で観測を行ない、検出エネルギーは7TeVである。解像型チェレンコフ望遠鏡が大天頂角で有効な方法であることを世界で初めて実験的に示した。昨年度までの全データを合わせると、かに星雲からの信号検出の統計的信頼度は約7σとなった。(2)ガンマ線パルサーPSR B 1706-44の方向からの超高エネルギーガンマ線信号の検出を得た。この天体は電波、GeV領域のガンマ線でパルサーとなっているが、TeV領域のガンマ線源となっていることを示したのはわれわれの観測が初めてである。
その他の天体についても、新たな観測データの蓄積と解析作業を継続している。平成7年度に入って、(3)帆座パルサーの方向からの信号を検出した確信を得た。検出された信号はパルサー周期89ミリ秒と同期したパルス成分となっておらず、中性子星と共回転するパルサー磁気圏より外側の領域で放射されているものと考えられる。超高エネルギーガンマ線がパルサーの位置から0.1°程度ずれ、かつ広がりをもっているとすると、観測データをより良く説明できる。解析は昨年度までの3年間の観測データについて行なわれたが、ガンマ線発生領域に関するこの特徴はすべての年度のデータに共通している。パルサーから吹き出している超高エネルギー粒子の“風"(パルサー風)がガンマ線放射を引き起こしていると解釈できる興味深い可能性を示唆している。(1)、(2)、(3)の結果は米国のグループの結果と合わせて、発見された超高エネルギーガンマ線源の数を総計5個に増大させた。
(4)ガンマ線の検出エネルギーの閾値を現在の約1000GeVから引き下げ観測精度を改善するため、光電子増倍管カメラの前面に集光器を設置した。この効果を確かめるため、かに星雲の観測を行ないデータ解析中である。(5)連星パルサーPSR B 1259-63のデータ解析が進行し、現在、約5σの信号検出の信頼度を得ている。このパルサーは最近X線衛星ASCAでも連星軌道に依存する信号を検出し、米国のガンマ線衛星でもGeV領域のガンマ線信号が示唆されている。パルサー風と伴星からの星風との相互作用を解明するための興味深い天体である。超高エネルギーガンマ線信号の検出を結論づけるために来年度に観測を追加する予定である。(6)活動銀河PKS 0521-365についての観測時間の累計が75時間を越え、解析が一段落したが信号は検出されていない。得られたガンマ線強度の上限値は衛星観測によるGeV領域のガンマ線エネルギースペクトルの延長したときの許容誤差の下限に位置している。銀河間空間での赤外線強度やガンマ線放出機構に制限を与えている。(7)GeV領域でのガンマ線源であり、到来方向の検出誤差の中に超新星残骸、X線星雲、パルサー、電波源などを含み、宇宙線の起源解明のためにも極めて重要な天体CGRO J 1758-23について、観測及び解析を行なった。パルサーなどの点源からの超高エネルギーガンマ線放射については否定的な結果を得ており、放射が広がりをもっている可能性が残されている。(8)PSR B 1706-44についてアデレ-ド大学の望遠鏡との同時観測データを追加し、2台の望遠鏡による観測による解析方法の開発を行なった。(9)その他の天体、ガンマ線パルサーPSR B 1055-52、活動銀河Cen A、PKS 0521-365についての解析が進行しているが、信号は検出されていない。(11)現在稼働中の口径3.8m望遠鏡に加えて、口径10mの望遠鏡の製作に着手した(科研費重点領域)。この望遠鏡により、100GeV領域のガンマ線が検出可能となると予想され、ガンマ線源の数は数十個が期待される。シミュレーション計算による望遠鏡性能の評価、解析方法の開発などが進行している。
(1)(2)は“Astrophysical Journal"に発表され(3)は投稿準備中である。その他の(4)〜(9)の結果は平成7年8月〜9月に開催されたローマでの宇宙線国際会議、超高エネルギーガンマ線に関するパドバでの国際ワークショップ及び平成8年1月のシドニーでの国際天文学会主催のパルサーに関する国際会議などで発表した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kifune: "The Prospects for Very High Energy Gamma Ray Astronomy" Australian Journal of Physics. 48. 305-319 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kifune,T.Tanimori,S.Ogio,T.Tamura 他: "Very High Energy Gamma-Rays from the Pulsar PSR1706-44" Astrophys.J.Lett.438. L91-L94 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Tanimori,T.Tsukakoshi,T.Kifune 他: "Observation of 7 TeV Gamma Rays from the Crab using the Large Zenith Angle Air Cerenkov Imaging Technique" Astrophys.J.Lett.429. L61-L64 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] P.G.Edwards 他: "Observations of Pulsars near 1 TeV by the CANGAROO Project" the Proceedings of 24th International Cosmic Ray Conference(Rome). 2. 393-396 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Mori 他: "Observation of 2CG006-00/CGRO J1758-23 at TeV Energies" the Proceedings of 24th International Cosmic Ray Conference (Rome). 2. 487-490 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kifune 他: "Observation of AGN at TeV Energies by Project CANGAROO" the Proceedings of 24th International Coasmic Ray Conference (Rome). 2. 540-543 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kifune編: ""Towards a Major Atomospheric Cerenkov Detector III"" Academic Press (Tokyo), 372 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kifune: "The Prospects for Very High Energy Gamma Ray Astronomy" Australian Journal of Physics. 48. 305-319 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kifune, T.Tanimori, S.Ogio, T.Tamura et al.: "Very High Energy Gamma-Rays from the Pulsar PSR1706-44" Astrophys.J.Lett.438. L91-L94 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Tanimori, T.Tsukakobhi, T.Kifune et al.: "Observation of 7 TeV Gamma Rays from the Crab using the Large Zenith Angle Air Cerenkov Imaging Technique" Astrophys.J.Lett.429. L61-L64 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Mori et al.: "Observation of 2CG006-00/CGRO J1758-23 at TeV Energies" the Proceedings of 24th International Cosmic Ray Conference (Rome). 2. 487-490 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kifune et al.: "Observation of AGN at TeV Energies by Project CANGAROO" the Proceedings of 24th International Cosmic Ray Conference (Rome). 2. 540-543 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] P.G.Edwards et al.: "Observation of Pulsars near 1 TeV by the CANGAROO Project" the Proceedings of 24th International Cosmic Ray Conference (Rome). 2. 393-396 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] edited by T.Kifune: Academic Press (Tokyo). Towards a Major Atomospheric Cerenkov Detector III, 1-372 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kifune: "Present Status of Very High Energy Gamma Ray Observations on Southern Sky Objects" Spece Science Review. (印刷中). (1995)
• [文献書誌] T.Kihune et al.: "Very High Energy Gamma Rays fron the Pulsar PSR1706-44" Astrophysical Journal Letters. 438. L91-L94 (1995)
• [文献書誌] T.Kihune: "The Prospects for Very High Energy Gamma Ray Astronomy" Australian Journal of Physics. (印刷中). (1995)
• [文献書誌] T.Tanimori et al.: "Observation of 7 TeV Gamma Rays from the Crab Using the Large Zenith Angle Air Cerenkov Imaging Telescope" Astrophysical Journal Letters. 429. L61-L64 (1994)
• [文献書誌] T.Hara et al.: "An Imaging Cerenkov Telescope of 3.8m Diameter for TeV Gamma Ray Astronomy in the Collaboration between Japan and Australia" Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research. A332. 300-309 (1993)
• [文献書誌] Edited by T.Kifune: "Towards a Major Atmospheric Cerrenkov Detector III" Universal Academy Press,Tokyo Japan, 372 (1995)