超高エネルギー断面から見た宇宙

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11CE2004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 森 正樹 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (80210136)
• 研究分担者: 谷森 達 京都大学, 理学研究科, 教授 (10179856) ; 榎本 良治 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (80183755) ; 木舟 正 信州大学, 工学部, 教授 (40011621) ; 西嶋 恭司 東海大学, 理学部, 助教授 (40202238) ; 柳田 昭平 茨城大学, 理学部, 教授 (40013429)
• キーワード: 宇宙の超高エネルギー現象 / 高エネルギーガンマ線天文学 / 宇宙線の起源 / 超新星 / パルサー / 活動銀河 / 空気チェレンコフ望遠鏡 / ガンマ線望遠鏡

研究概要

1.10m口径望遠鏡1号機による観測とデータ解析の実施
平成11年度に建設・設置した10m口径の望遠鏡を用い、超新星残骸、パルサー星雲、活動銀河核などのガンマ線候補天体の観測を行った。以前の3.8m口径望遠鏡で観測されたガンマ線天体の観測を行い、PSR1706-44やSN1006などの天体についてガンマ線信号を再確認し、望遠鏡の性能についてほぼ期待通りであることを明らかにした。従来までの約1000GeVより低い300GeV程度のエネルギーまでのガンマ線が検出できることが示され、従来より広いエネルギー領域にわたってガンマ線のエネルギースペクトルを決定することができることが示された。観測を続けてデータを集積することにより、ガンマ線放射・生成の機構の解明につながることが期待される。
今年度の主な成果を挙げる。超新星残骸RXJ1713.7-3946のデータの解析の詳細な解析を行い、その結果、エネルギースペクトルが低エネルギー側まで伸びていることがわかり、これは超新星残骸における陽子加速の証拠と考えられることをNature誌に論文として投稿し、掲載決定となった。以前にガンマ線で見つかっていた超新星残骸の信号は、電子の加速として理解することができ、高エネルギー粒子の存在は示されたが宇宙線の起源を直接証拠付けるものではなかった。今回の結果は宇宙線の起源の問題と直接かかわる重要な発見といえる。また、フレア現象を起こした北天にある活動銀河核Mrk421を約70度の大天頂角で観測し、予想以上に高いエネルギーのガンマ線の放射の兆候を得て、結果を論文として投稿している。これは従来の予想からは考えにくい興味深い結果である。
その他、活動銀河、星の生成が天の川銀河に比べ活発な銀河NGC253や、我々の銀河中心からのガンマ線の探索などを行い、結果を解析中である。
2.10m望遠鏡2号機の設置と3号機の製造
平成12年度に製造した10m望遠鏡2号機をオーストラリア・ウーメラの1号機から約100m離れた場所に設置した。1号機の経験を元に反射鏡・電子回路・トリガー回路などに改良を加え、特にチェレンコフ光を捕らえる光電子増倍管カメラは大幅に改良が加えられている。この望遠鏡は電子回路の調整を行った後観測に供される予定であり、2台の望遠鏡によるステレオ観測が開始される。さらに今年度は3号機の製造を行った。仕様は2号機とほぼ同様であり、平成14年度に現地に設置される。
3.成果の公表
以上の進行状況・予備的成果を日本物理学会・天文学会および国際集会で発表し、また学術論文による公表を行なった。
4.国際共同研究の推進
アデレード大学との国際共同研究は科学研究費COE拠点形成「宇宙の高エネルギー断面」の実施3年目に入り、10m口径望遠鏡による観測を共同で進行した。オーストラリア側も、2002年度はアデレード大学・オーストラリア国立大学・シドニー大学の協力による研究基盤予算が認められ、2・3・4号機すべての設置に必要な基盤整備が行われる。アデレード大学は東京大学との交流の拡大に強い意欲を示しており、これに応えるべく本年度は部局間協定を発展させ、両大学間の大学間協定が締結された。

研究成果

• [文献書誌] 榎本良治 他: "Design Study of CANGAROO-III, Stereoscopic Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope for sub-TeV Gamma-ray Detection"Astroparticle Physics. 16. 235-244 (2002)
• [文献書誌] 榎本良治 他: "Observations of the Supernova Remnant W28 at TeV Energies"Nature. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 榎本良治 他: "Likelihood Analysis of sub-TeV Gamma-rays from 2 RXJ1713-39 with CANGAROO-II"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2477-2480 (2001)
• [文献書誌] 原敏 他: "Observation of TeV Gamma-rays from NE-rim of SN1006 with CANGAROO-II 10m Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2455-2458 (2001)
• [文献書誌] 梶野文義 他: "Development of Light Guides for the Camera of CANGAROO-III Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2909 (2001)
• [文献書誌] 窪秀利 他: "Data Acquisition System of the CANGAROO-III Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2900-2903 (2001)
• [文献書誌] 櫛田淳子 他: "Observations of PSR17O6-44 with CANGAROG-II Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2424-2427 (2001)
• [文献書誌] 森正樹 他: "The CANGARGO-III Project: Status Report"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2831-2834 (2001)
• [文献書誌] 西嶋恭司 他: "Very High Energy Gamma-ray Observation of Southern AGNs with CANGAROG-II Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2626-2629 (2001)
• [文献書誌] 奥村公宏 他: "Search for Gamma-rays above 10 TeV from Markarian 421 in a High State with the ANGAROG-II Telescope"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2679-2682 (2001)
• [文献書誌] 谷森達 他: "Study of the TeV Gamma-ray Spectrum of SN 1006 around the NE Rim"Proceedings of the 27^<th> International Cosmic Ray Conference (Hamburg, Germany)(Copernics Gesellshaft). Vol.5. 2465-2468 (2001)
• [文献書誌] 森正樹 他: "CANGAROO-II and CANGAROO-III"GAMMA 2001 (AIP Proceedings 587) (American Institute of Physics). 927-931 (2001)