銀河宇宙線原子核の太陽変調の観測

• 研究課題/領域番号: 20K03982
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 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: 弘前大学
• 研究代表者: 市村 雅一 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20232415)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 太陽変調 / 原子核 / 地磁気効果 / 宇宙線原子核 / CALET / 銀河宇宙線

研究開始時の研究の概要

銀河宇宙線が太陽磁気圏に入射すると、太陽磁場との相互作用を受けるため、宇宙線の強度は変化する。この現象は宇宙線の太陽変調と呼ばれており、太陽活動の11年周期にともなう長期的な変化や太陽の突発的な質量放出(CME)にともなう短期的な減少(Forbush decrease)などが知られている。本研究では、国際宇宙ステーションで稼動中のCALET検出器で得られたデータをもとに、銀河宇宙線原子核成分の月単位の強度変化を5年程度の観測期間にわたって求める。これにより太陽磁気圏内での銀河宇宙線の拡散やドリフトの様子を詳細に理解するための基本的なデータを提供する。

研究成果の概要

本研究は、太陽圏内での宇宙線伝播過程を詳細に検討するために必要な、粒子別の宇宙線強度の時間変動を求めることを目的としている。このため、地球磁場を用いた低エネルギー原子核の絶対強度算出方法の開発・実用化を行い、これをCALET検出器で観測された実際の観測データへ適用して鉄核の絶対強度算出を行った。この結果を他の実験による観測結果と比較したところ、良い一致を示した。これにより本研究で確立した方法の有効性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽磁気圏で宇宙線粒子のドリフトや拡散の様子が太陽の異なるフェイズでどのように変化するのかなど、太陽圏での宇宙線伝播を理解するためには宇宙空間での継続的な観測データが重要となる。また、地球を取り巻く地球磁気圏、太陽磁気圏内の宇宙線のふるまいは太陽活動と直結しており、これを常時観測することは太陽フレアや磁気嵐など地球の通信網や宇宙空間での人類の活動に影響を与える現象を理解し予測することにもつながっている。

研究成果

• [国際共同研究] Louisiana State University/Washington University in St. Louis/University of Denver(米国)
• [国際共同研究] University of Siena/University of Padova/University of Pisa(イタリア)
• [国際共同研究] Louisiana State University/Washington University in St. Louis/University of Denver(米国)
• [国際共同研究] University of Siena/University of Padova/University of Pisa(イタリア)
• [雑誌論文] CALET Search for Electromagnetic Counterparts of Gravitational Waves during the LIGO/Virgo O3 Run (2022)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 933 号: 1 ページ: 85-85
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac6f53
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 号: 10 ページ: 101102-101102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.101102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmic-Ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV/n to 3.8 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 号: 25 ページ: 251103-251103
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.251103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Nickel Spectrum in Cosmic Rays in the Energy Range from 8.8 GeV/n to 240 GeV/n with CALET on the International Space Statio (2022)
  • 著者名/発表者名: O.Adriani, Y.Akaike, K.Asano, Y.Asaoka, E.Berti, G.Bigongiari, W.R.Binns, M.Bongi, P.Brogi, A.Bruno, J.H.Buckley, N.Cannady, G.Castellini, C.Checchia, M.L.Cherry, G.Collazuol, K.Ebisawa, A.W.Ficklin, H.Fuke, S.Gonzi, T.G.Guzik, T.Hams, K.Hibino, M.Ichimura 他
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the Iron Spectrum in Cosmic Rays from 10 GeV/n to 2.0 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2021)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike et al., (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 号: 24 ページ: 241101-241101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.241101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CALET on the International Space Station: the first three years of observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Brogi P、Adriani O、Akaike Y、Asano K、Asaoka Y、Bagliesi M G、Berti E、Bigongiari G、Binns W R、Bonechi S、Bongi M、Bruno A、Buckley J H、Cannady N、Castellini G、Checchia C、Cherry M L、Collazuol G、Di Felice V、Ebisawa K、Fuke H、Guzik T G、Hams T、Hibino K、Ichimura M 他
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 95 号: 7 ページ: 074012-074012
  • DOI: 10.1088/1402-4896/ab957d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Carbon and Oxygen Spectra from 10??GeV/n to 2.2??TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2020)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Akaike Y.、Asano K.、Asaoka Y.、Bagliesi M.G.、Berti E.、Bigongiari G.、Binns W.R.、Bongi M.、Brogi P.、Bruno A.、Buckley J.H.、Cannady N.、Castellini G.、Checchia C.、Cherry M.L.、Collazuol G.、Ebisawa K.、Fuke H.、Gonzi S.、Guzik T.G.、Hams T.、Hibino K.、Ichimura M. 他
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 25 ページ: 251102-251102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.251102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ISS搭載CALETによる7年間の軌道上観測の最新成果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる8.4GeV/nから3.8TeV/nのホウ素/炭素比の観測結果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 小林兼好, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrochessi, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ISS搭載CALETによる6.5年間の軌道上観測の最新成果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる鉄とニッケルのエネルギースペクトルとB/C比の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水, 鳥居祥二, 小林兼好, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, Palo Maestro, Caterina Checchia, Francesco Stolzi , 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる10GeV/n以下の鉄核の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 市村雅一, 赤池陽水, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小林兼好, 鳥居祥二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ISS搭載CALETによる6年間の観測最新成果報告 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 地球磁場を用いた10GeV/n以下の鉄核強度の算出 (2022)
  • 著者名/発表者名: 市村雅一, 赤池陽水, 浅岡陽一, 笠原克昌, 小林兼好, 鳥居祥二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ISS搭載CALETによる5年間の観測の最新成果報告 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALET5年間の観測による炭素・酸素・鉄のエネルギースペクトルとB/C比の観測結果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水, 鳥居祥二, 小林兼好, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, Paolo Maestro, Caterina Checchia, Francesco Stolzi
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる10GeV/nから2.2TeV/nの炭素と酸素のエネルギースペクトル観測結果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる5年間の軌道上観測の最新成果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 浅岡陽一, 田村忠久, 森正樹, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見晶司, 寺澤敏夫, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CALETによる炭素と酸素のエネルギースペクトル硬化の検出 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水, Paolo Maestro, 鳥居祥二, 浅岡陽一, 笠原克昌, 市村雅一, Pier S. Marrocchesi, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会