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最高エネルギー宇宙線の起源探索とマルチメッセンジャー的宇宙物理学との融合

研究課題

研究課題/領域番号 19F19750
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
研究機関東京大学

研究代表者

佐川 宏行  東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (80178590)

研究分担者 FEDYNITCH ANATOLI  東京大学, 宇宙線研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-10-11 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2021年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード最高エネルギー宇宙線 / Telescope Array宇宙線観測所 / Pierre Auger宇宙線観測所 / 宇宙線の伝播モデル / 宇宙磁場 / 空気シャワー / 質量組成 / ハドロン相互作用 / 大気ニュートリノ / Astroparticle physics / Cosmic rays / Atmospheric neutrinos / Astrophysical neutrinos / Nuclear physics / Radiation modeling / Open-source software
研究開始時の研究の概要

人類が加速できた粒子のエネルギーの一千万倍以上の超高エネルギー宇宙線が宇宙から到来する。そのような宇宙線がどこからやってくるのか、またそのようなエネルギーをどうやって獲得することができたかは宇宙物理学の大きな謎のひとつである。
現在超高エネルギー宇宙線観測所として北半球のテレスコープアレイ実験と南半球のPierre Auger観測所が稼働しており、超高エネルギー宇宙線の到来方向の異方性が初めてとらえつつある。Fedynitch氏はこの結果を彼が開発してきた宇宙線伝播や粒子相互作用モデルのコードなどを駆使して理論的にどのように説明できるかに挑む。

研究実績の概要

「最高エネルギー宇宙線はどこからやってくるか」は宇宙物理学最大の謎のひとつである。そこで外国人特別研究員とともに、最高エネルギー宇宙線のエネルギー・到来方向と発生源候補との相関解析を行った。
これまで発生源候補との相関を解析する場合に、あるエネルギー閾値を設定して、到来方向のみを考慮していたが、(以前に本科研費で招聘した)F. Capelは宇宙線のエネルギーと到来方向を両方パラメータとして使う新解析方法を考案した。当該年度では本科研費でK. Watanabeを招聘して、北半球のTelescope Array宇宙線観測所で取得した宇宙線空気シャワーデータに対して初めてこの新方法で解析を行った。また南半球のPierre Auger宇宙線観測所の宇宙線データの解析も行い、さらにそれらを含めた初めての全天解析に向けた準備を行った。それまでは、一番軽い陽子宇宙線のみを考え、宇宙線の地球までの伝播も簡易なエネルギー損失モデルを用い、また宇宙磁場による宇宙線の到来方向の変化もガウス曲線に従う分布で不規則に広がる効果しか考えていなかったが、われわれは、陽子宇宙線に加えてそれ以外の粒子(質量組成)の場合や、宇宙線が宇宙空間を伝播する際の効果も外国人特別研究員が開発に深く関わっている、より詳細な効果を考慮したCRPROPAという宇宙線の伝播モデルを用い、さらに我々が住む天の川銀河の磁場モデルを含む、より精密な宇宙磁場を考慮するなど、新しい試みを行った。preliminaryではあるが、その発生源に関して新たな知見が得られており、現在、査読論文出版に向けて、結果をまとめている。
その他、外国人特別研究員は空気シャワーシミュレーションコードの整備および最高エネルギー宇宙線の近隣分野の研究を行い、マルチメッセンジャー的な宇宙物理学の理解の進展に寄与した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 13件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Karlsruhe Institute of Technology (KIT)/TU Dortmund University/Wuppertal University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] The Muon Puzzle in cosmic-ray induced air showers and its connection to the Large Hadron Collider. Invited review2022

    • 著者名/発表者名
      Johannes Albrecht, Anatoli Fedynitch et al.
    • 雑誌名

      Astrophysics and Space Science

      巻: 367 号: 3 ページ: 1-27

    • DOI

      10.1007/s10509-022-04054-5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Polarized radiation and the Emergence of Biological Homochirality on Earth and Beyond2021

    • 著者名/発表者名
      1.Noemie Globus, Anatoli Fedynitch, and Roger D. Blandford
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 910 号: 2 ページ: 85-85

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abe461

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The hadronic interaction model Sibyll 2.3d and extensive air showers2020

    • 著者名/発表者名
      Felix Riehn, Ralph Engel, Anatoli Fedynitch, Thomas K. Gaisser, and Todor Stanev
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.063002

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Systematic parameter space study for the UHECR origin from GRBs in models with multiple internal shocks2020

    • 著者名/発表者名
      Jonas Heinze, Daniel Biehl, Anatoli Fedynitch, Denise Boncioli, Annika Rudolph, and Walter Winter
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 498 号: 4 ページ: 5990-6004

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2751

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Production of secondary particles in heavy nuclei interactions in supernova remnants2020

    • 著者名/発表者名
      Maulik Bhatt, Iurii Sushch, Martin Pohl, Anatoli Fedynitch, Samata Das, Robert Brose, Pavlo Plotko, and Dominique M.-A. Meyer
    • 雑誌名

      Astroparticle Physics

      巻: 123 ページ: 102490-102490

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2020.102490

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of the collision model on the multi-messenger emission from Gamma-Ray Burst internal shocks2019

    • 著者名/発表者名
      Rudolph, Annika and Heinze, Jonas and Fedynitch, Anatoli and Winter, Walter
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 893 号: 1 ページ: 72-72

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab7ea7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] UHECR from high-energy and low-luminosity Gamma-Ray Bursts2021

    • 著者名/発表者名
      Annika Rudolph, Anatoli Fedynitch et al.
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Numerical Approach to Angular Distributions in Hadronic Cascades2021

    • 著者名/発表者名
      Tetiana Kozynets, Anatoli Fedynitch, and D. Jason Koskinen
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Status of the novel CORSIKA 8 air shower simulation framework2021

    • 著者名/発表者名
      A.A. Alves Junior and Anatoli Fedynitch et al.
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electromagnetic Shower Simulation for CORSIKA 82021

    • 著者名/発表者名
      Jean-Marco Alameddine and Anatoli Fedynitch et al.
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hadron cascades in CORSIKA 82021

    • 著者名/発表者名
      Ralf Ulrich and Anatoli Fedynitch et al.
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] (Accelerator-) data-driven hadronic model and implications for the atmospheric lepton fluxes2021

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      2nd Workshop for Atmospheric Neutrino Production in the MeV to PeV
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hadronic interactions in cosmic ray physics2020

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      Connecting high-energy astroparticle physics for origins of
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Backgrounds Atmospheric and Prompt neutrinos2020

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      Cosmic Rays and Neutrinos in the Multi-Messenger Era
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cascade equations and accelerated methods2020

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      CORSIKA Cosmic Ray Simulation Workshop
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hadronic interactions and the muon excess2020

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      TMEX 2020, Vietnam
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Conventional and prompt fluxes in neutrino telescopes2019

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      MITP Heavy-quark Hadroproduction from Collider to Astroparticle Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physics of atmospheric neutrinos and current challenges2019

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      NuPhys 2019: Prospects in Neutrino Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Finding more TeV neutrino sources2019

    • 著者名/発表者名
      Anatoli Fedynitch
    • 学会等名
      Cosmic Neutrino and Multimessenger workshop "CosNuMM 2019"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-10-15   更新日: 2024-03-26  

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