イメージング核分光による銀河内元素合成・循環その場観測

• 研究課題/領域番号: 16H02185
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 谷森 達 京都大学, 理学研究科, 教授 (10179856)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2017年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2016年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
• キーワード: MeVガンマ線物理学 / 原子核宇宙物理学 / ETCC / 銀河拡散ガンマ線 / 銀河中心 / 元素合成 / 暗黒物質 / 原始ブラックホール / MeVガンマ線天文学 / 気球実験 / 銀河核ガンマ線 / 宇宙背景ガンマ線 / ダークマター / MEVガンマ線天文学

研究成果の概要

MeVガンマ線は元素合成を直接観測できる唯一の窓である。しかし不完全な画像法のため停滞していた。我々は電子飛跡検出コンプトンカメラを開発、MeVガンマ線方向測定に成功しガンマ線完全可視化技術を確立、Crab、銀河511keVγ線が1日で検出可能なSMILE2+装置を開発、18年にJAXA豪州気球を用いて銀河を観測。予定通りかに星雲と銀河中心511keV,を4～5σで検出さらに銀河拡散ガンマ線、宇宙背景MeVガンマ線はそれぞれ10σ以上で検出し、0.2~7MeVのスペクトルを求めた。特に銀河拡散γ線が理論より１桁多いことを実証、暗黒物質からの崩壊など未知の機構を示唆する兆候が出た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

MeVガンマ線は原子核反応で出る核ガンマ線であり、大きな謎である宇宙元素合成を直接観測出来る窓である。さらに物質状態での最高温度もMeVであり、宇宙の超高温状態、を調べる有力な手段である。また太陽や地球近傍での高エネルギー粒子もMeV領域であり地球磁場、気候にも大きな影響を与える。このように宇宙論から地球環境まで重要な情報を与える観測の窓であったが画像法が不確定で天文学の中で唯一20年停滞していた。我々は核ガンマ線の完全可視化に世界で初めて成功、その成果を天体観測に利用し一気に従来法の感度を2桁近く上回ることを実証した。核ガンマ線は医療など応用分野も大きく、今後幅広い応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] MeV Gamma-ray imaging spectroscopic observation for Galactic Centre and Cosmic Background MeV gammas by SMILE-2+ Balloon Experiment (2020)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1468 号: 1 ページ: 012046-012046
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1468/1/012046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the micro pixel chamber based on MEMS technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemura T.、Takada A.、Kishimoto T.、Komura S.、Kubo H.、Matsuoka Y.、Miuchi K.、Miyamoto S.、Mizumoto T.、Mizumura Y.、Motomura T.、Nakamasu Y.、Nakamura K.、Oda M.、Ohta K.、Parker J. D.、Sawano T.、Sonoda S.、Tanimori T.、Tomono D.、Yoshikawa K.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 174 ページ: 02010-02010
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817402010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possibility of Systematic Study of Supernova Explosions by Nuclear Imaging Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizumura, T. Tanimori, A. Takada
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 14 ページ: 020607-020607
  • DOI: 10.7566/jpscp.14.020607
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of Imaging Spectroscopy of Nuclear Gamma-Rays based on Geometrical Optics (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tanimori, Y. Mizumura, A. Takada, S. Miyamoto, T. Takemura, T. Kishimoto, S. Komura, H. Kubo, S. Kurosawa, Y. Matsuoka, K. Miuchi, T. Mizumoto, Y. Nakamasu, K. Nakamura, J. D. Parker, T. Sawano, S. Sonoda, D. Tomono, K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 41511-41511
  • DOI: 10.1038/srep41511
  • NAID: 120006360177
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Establishment of Imaging Spectroscopy of Nuclear Gamma-Rays based on Geometrical Optics (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimoti et al.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 41511-41511
  • DOI: 10.1038/srep41972
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Imaging Polarimeter for a Sub-MeV Gamma-Ray All-sky Survey Using an Electron-tracking Compton Camera (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Komura, T.Tanimori et al.
  • 雑誌名: Astro, PhysJ. 巻: 839 号: 1 ページ: 41-54
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa68dc
  • 査読あり
• [学会発表] Electron Tracking Compton Camera (SMILE-Project) (2020)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori
  • 学会等名: AAS 235 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] MeV Gamma-ray imaging spectroscopic observation for Galactic Centre and Cosmic Background MeV gammas by SMILE-2+ Balloon Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori
  • 学会等名: TAUP 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging Observation for Cosmic MeV g Background and Gala1 ctic Diffuse MeV g by SMILE2+ balloon-bore experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori
  • 学会等名: teVPA2019
  • 国際学会
• [学会発表] New observation for MeV gamma spectra and distributions of both Galactic Center and Cosmic Background MeV gammas by SMILE2+ balloon borne experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori
  • 学会等名: TeXas Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] SMILE-2+ : The 2018 balloon campaign in Australia of MeV gamma-ray telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshikawa et al.
  • 学会等名: 42th COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] Performance of SMILE-2+ Electron-Tracking Compton Camera (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Takemura et al.
  • 学会等名: 42th COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] SMILE-2+: the 2018 balloon flight and the instrument design of the electron-tracking Compton camera (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura et al.
  • 学会等名: SPIE astronomical telescopes + instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Tracking Compton Camera and its good features for MeV gamma-ray imaging and astronomy (2018)
  • 著者名/発表者名: T.Tanimori et al.
  • 学会等名: To 2020 AND BEYOND Radionucleid Astronomy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SMILE: 究極感度 核ガンマ線全天探査計画 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田淳史、谷森達 他
  • 学会等名: 2017年度第2回CRC将来計画タウンミーティング
• [学会発表] 核ガンマ線イメージング分光法が開く新しい地球圏・惑星探査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷森達
  • 学会等名: 第142回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • 招待講演
• [学会発表] MeVガンマ線天文学開拓のための豪州気球実験SMILE-2+の準備状況 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水村好貴 谷森達 他
  • 学会等名: 日本天文学会 2017年秋季年会
• [学会発表] Development of data-acquisition system for reducing dead time in our Gamma Ray Compton Telescope (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshikawa T.Tanimori et al.
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC/RTSD 2017
• [学会発表] MeV Gamma-Ray Observation Based on the Ray-Tracing Cameras Loaded on Balloons (2017)
  • 著者名/発表者名: A.tkada, T.Tanimori et al.
  • 学会等名: The 31st International Symposium on Space Technology and Science
• [学会発表] SMILE: MeV gamma-ray imaging-spectroscopy with well-defined point spread function using gaseous electron-tracking Compton camera (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Takemura et al.
  • 学会等名: Gamma-Ray Astrophysics in Multi-Wavelength Perspective (11th INTEGRAL Conference)
  • 国際学会
• [学会発表] Possibility of Systematic Study of Supernova Explosions by Nuclear Imaging Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizumura et al.
  • 学会等名: 14th International symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC XIV)
  • 国際学会
• [学会発表] MeV gamma-ray observation with a well-defined point spread function based on electron tracking (2016)
  • 著者名/発表者名: A.Takada et al.
  • 学会等名: SPIE astronomical telescopes + instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] Proposal of balloon and satellite observations of MeV gamma-ray using ETCC for reaching a high sensitivity of 1 mCrab (2016)
  • 著者名/発表者名: A.Tkakada
  • 学会等名: HEAD 15th Divisional Meeting
  • 国際学会
• [備考] SMILE Project
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/MeV-gamma/wiki/wiki.cgi
• [備考] 京都大学理学研究科 物理第２分野 宇宙線グループ
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/MeV-gamma/wiki/wiki.cgi