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宇宙線原子核の直接観測による銀河宇宙線の加速・伝播機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K03592
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
研究機関早稲田大学

研究代表者

赤池 陽水  早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (70726744)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード銀河宇宙線 / 衝撃波加速 / 銀河内伝播 / 国際宇宙ステーション / カロリメータ / CALET / 宇宙線原子核 / 二次核一次核比 / 高エネルギー宇宙線
研究開始時の研究の概要

我々が住む銀河系内を起源とする宇宙線(銀河宇宙線)は、超新星残骸における衝撃波で加速され、星間磁場により銀河系内を拡散的に伝播して地球に飛来するという標準モデルにより理解されている。しかしその起源や加速・伝播機構の詳細について未解明な点は多く、それどころか標準モデルでは予想されていないスペクトルの変化(硬化)を示す観測結果が報告されている。本研究では、国際宇宙ステーションに搭載した宇宙線観測機CALET(CALorimetric Electron Telescope)のデータを基に、Z=1-26の各原子核のエネルギースペクトルを測定し、宇宙線の加速・伝播機構の描像を明らかにすることを目指す。

研究成果の概要

本研究では、国際医宇宙ステーション搭載の宇宙線観測装置CALET(Calorimetric Electron Telescope)のデータを解析し、これまでにない高精度の陽子、He, B, C, O, Fe Niなどの主要な原子核のエネルギースペクトルを導出した。標準的な加速・伝播モデルでは説明できないスペクトル硬化や、二次核/一次核比の測定など、宇宙線の加速・伝播の理論モデルの解明に重要な基礎データが得られた。さらに、電子(+陽電子)のエネルギースペクトルや太陽変調による宇宙線強度の電荷依存性などの成果も得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙における高エネルギー放射の理解には、その源になっている荷電粒子(宇宙線)の理解が必須である。地球で観測される宇宙線は、その加速・伝播が複雑に絡み合った結果であり、宇宙線を正確に理解するためには、粒子種別や個々のエネルギースペクトルを測定し、各々の側面を切り分けることが不可欠である。本研究では、CALETによる高い粒子選別性能と長期間の観測量を背景に、直接観測として最も高いエネルギー領域(GeV - TeV領域)のエネルギースペクトルを導出した。これらは、宇宙線の加速・伝播モデルの検証に重要な基礎データとなり、宇宙における高エネルギー現象の探究に重要な役割を果たす。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 11件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University in St. Louis(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Siena/University of Pisa/University of Florence(イタリア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University in St. Louis(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Siena/University of Pisa/University of Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University in St. Louis(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Siena/University of Pisa/University of Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Direct measurements of cosmic-ray iron and nickel with CALET on the International Space Station2024

    • 著者名/発表者名
      O. Adriani, Y. Akaike et al., (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Advances in Space Research

      巻: - 号: 9 ページ: 4368-4376

    • DOI

      10.1016/j.asr.2024.03.052

    • 関連する報告書
      2023 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 Calorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the first eight years on orbit2024

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Advances in Space Research

      巻: - 号: 9 ページ: 4353-4367

    • DOI

      10.1016/j.asr.2024.04.035

    • 関連する報告書
      2023 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] Charge-Sign Dependent Cosmic-Ray Modulation Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2023

    • 著者名/発表者名
      Adriani O., Akaike Y., ..., Miyake S., ..., Munakata K. et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 号: 21 ページ: 211001-211001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.211001

    • 関連する報告書
      2023 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] Direct Measurement of the Spectral Structure of Cosmic-Ray Electrons + Positrons in the TeV Region with CALET on the International Space Station2023

    • 著者名/発表者名
      O. Adriani, Y. Akaike et al., (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 号: 19 ページ: 191001-191001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.191001

    • 関連する報告書
      2023 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] Direct measurements of cosmic rays with the calorimetric electron telescope on the international space station2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      SciPost Physics Proceedings

      巻: - 号: 13 ページ: 040-040

    • DOI

      10.21468/scipostphysproc.13.040

    • 関連する報告書
      2023 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] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Helium Spectrum from 40 GeV to 250 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2023

    • 著者名/発表者名
      O. Adriani, Y. Akaike et al. (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 号: 17 ページ: 171002-171002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.171002

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 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 Station2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 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 Station2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] CALET Search for Electromagnetic Counterparts of Gravitational Waves during the LIGO/Virgo O3 Run2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 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 Station2022

    • 著者名/発表者名
      O. Adriani, Y. Akaike et al., (CALET Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 号: 13 ページ: 131103-131103

    • DOI

      10.1103/physrevlett.128.131103

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 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 Station2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] CALETによる10GeVから7.5TeVの電子のエネルギースペクトル測定結果2024

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水, 他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ISS搭載CALETによる8年間の軌道上観測の成果2024

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水
    • 学会等名
      太陽地球環境と宇宙線モジュレーション
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] CALETにおけるTeV領域電子の選別手法の改良2023

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水, 他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] The cosmic-ray electron and positron spectrum measured with CALET on the International Space Station2023

    • 著者名/発表者名
      Yosui Akaike, Shoji Torii for the CALET Collaboration
    • 学会等名
      38th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CALETによる宇宙線原子核成分観測の最新成果2023

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水、他CALETチーム
    • 学会等名
      第23回宇宙科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [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、他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] The Calorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station; Results from the First Six Years on Orbit2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      44th COSPAR Scientific Assembly
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct Measurements of Cosmic Rays with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      21st International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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、他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 国際宇宙ステーション搭載CALETによる宇宙線原子核の観測2022

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水、他CALETチーム
    • 学会等名
      第22回宇宙科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 国際宇宙ステーションにおけるCALET6年間の観測・運用とエネルギー較正2022

    • 著者名/発表者名
      赤池陽水、鳥居祥二、小林兼好、田村忠久、森正樹、浅岡陽一
    • 学会等名
      日本物理学会第77会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Precise Measurement of the Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum with CALET on the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      S. Torii, Y. Akaike on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of the cosmic-ray secondary-to-primary ratios with CALET on the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike, P. Maestro on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation the Vela SNR's Emission of Electron Cosmic Rays with CALET at the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      H. Motz, O. Adriani, Y. Akaike et al.
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The analysis strategy for the measurement of the electron flux with CALET on the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      E. Berti, L. Pacini, S. Gonzi, Y. Akaike on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of the iron spectrum with CALET on the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      F. Stlzi, C. Checchia, Y. Akaike on behalf of the CALET Collaboration
    • 学会等名
      37th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct cosmic-ray measurements with CALET on the International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Akaike for the CALET Collaboration
    • 学会等名
      International Conference on High Energy Density Science 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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、他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 宇宙線太陽変調の顕著な違いを観測

    • URL

      https://www.waseda.jp/top/news/90562

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 7.5 TeVまでの宇宙線電子のエネルギースペクトル測定に成功:地球近傍の宇宙線加速源の可能性を示唆

    • URL

      https://www.waseda.jp/inst/research/news/75880

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 銀河系を伝播する宇宙線を高精度観測

    • URL

      https://www.waseda.jp/top/news/86418

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] DARTS: CALET

    • URL

      https://www.darts.isas.jaxa.jp/astro/calet/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 宇宙線の鉄/ニッケル成分の高精度観測

    • URL

      https://www.waseda.jp/top/news/79755

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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