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2018 年度 実施状況報告書

CALETによる暗黒物質探索と天体ガンマ線観測

研究課題

研究課題/領域番号 16K05382
研究機関立命館大学

研究代表者

森 正樹  立命館大学, 理工学部, 教授 (80210136)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード天体ガンマ線 / 暗黒物質
研究実績の概要

国際宇宙ステーションの「きぼう」曝露部に設置された宇宙線観測装置CALETのデータを解析し、天体ガンマ線を荷電粒子事象から選別し、そのエネルギーや方向を再構成して、銀河中心方向などからの暗黒物質の信号、特に重い(数百GeV~数TeV)未知粒子(Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs)の対消滅から生じる特徴的な信号を探索し、暗黒物質の正体の解明を目指している。分厚いカロリメータを有するCALETは、高エネルギーガンマ線に対し高いエネルギー分解能を有する点を活用することができる。
本年度は、早稲田大学やルイジアナ州立大学の共同研究者とともに、CALETカロリメータの観測データを用いたガンマ線の解析方法を確立し、フライトデータから銀河系拡散ガンマ線やCrab, Vela, Gemingaなどの天体を解析し、フェルミ衛星で得られていた結果と矛盾のない結果を得た。この結果をまとめた論文と、LIGO/VIRGOで報告された重力波イベントに対し、ガンマ線対応天体を探索して上限値を求めた論文を学術誌で発表した。後者の結果については国際会議COSPARや日本物理学会などでも講演を行った。また、これらの成果を基に、蓄積している統計量の向上を待ちながら、暗黒物質信号の探索の解析準備を進めている。
また、CALETの主目的である宇宙線電子(ここでは陽電子も含む)は、荷電を持つ以外ガンマ線と同様の電磁相互作用による粒子シャワーとして観測されるため、解析方法には共通点が多い。宇宙線電子の4.8 TeVまでのエネルギースペクトルを延長して求めた論文に貢献した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度は実際のCALET観測データの解析方法を確立し、シミュレーションとの比較を行って方法を検証し、第二年度は宇宙線事象からガンマ線イベントを識別することに成功した。第三年度はシミュレーションと観測データとの詳細な比較が可能となり、共同研究者とともに二つの論文を学術誌に投稿することができた。本年度(第四年度)はこれらの結果を改良して国際会議等で発表し、これまでの成果を基に暗黒物質信号の探索の解析準備を進めている。

今後の研究の推進方策

CALETの観測データが暗黒物質信号を含んでいる可能性について、これまでの成果を基に、蓄積している統計量の向上を待ちながら、慎重に解析を進めていく。特に重いWIMPs信号の探索には、高エネルギー領域におけるガンマ線の荷電宇宙線からの識別効率を高めるための解析方法の一層の改善が必要である。

次年度使用額が生じた理由

研究成果発表のための国内旅費が、日本物理学会大会への出張1件が他の予算により手当てできたため当初予定より少なくなり、また論文投稿料が1件となったため当初予定より少なくなった。次年度は他予算が終了したため、学会における研究成果発表のための旅費や論文投稿料など、本科研費予算からの支出が増えると見込まれるので、繰越額と予定額を合わせた金額が必要となる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (4件)

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

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Lousiana State University/NASA/Goddard Space Flight Center/Washington University in St. Louis
    • 他の機関数
      3
  • [国際共同研究] University of Siena and INFN/University of Florence, IFAC and INFN/University of Pisa and INFN(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      University of Siena and INFN/University of Florence, IFAC and INFN/University of Pisa and INFN
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] 早稲田大学/宇宙航空研究開発機構/青山学院大学(日本)

    • 国名
      日本
    • 外国機関名
      早稲田大学/宇宙航空研究開発機構/青山学院大学
    • 他の機関数
      20
  • [雑誌論文] On-orbit operations and offline data processing of CALET onboard the ISS2018

    • 著者名/発表者名
      Asaoka Y.、Mori M.、他89名(CALET collaboration)
    • 雑誌名

      Astroparticle Physics

      巻: 100 ページ: 29~37

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2018.02.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extended Measurement of the Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from 11 GeV to 4.8 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station2018

    • 著者名/発表者名
      Adriani O.、Mori M.、他89名(CALET collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 261102(7pp)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.261102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for GeV Gamma-Ray Counterparts of Gravitational Wave Events by CALET2018

    • 著者名/発表者名
      Adriani O.、Mori M.、他89名(CALET collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 863 ページ: 160(9pp)

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aad18f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics and Performance of the CALorimetric Electron Telescope (CALET) Calorimeter for Gamma-Ray Observations2018

    • 著者名/発表者名
      Cannady N.、Mori M.、他91名(CALET collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 238 ページ: 5(16pp)

    • DOI

      10.3847/1538-4365/aad6a3

    • 査読あり
  • [学会発表] CALETによる高エネルギーガンマ線の観測と解析2019

    • 著者名/発表者名
      森正樹、浅岡陽一、鳥居祥二、小澤俊介、藤田崚、吉川康太、N. Cannady、M.L. Cherry、他CALETチーム
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会, March 15, 2019
  • [学会発表] Search for gamma-ray counterparts of gravitational wave events by CALET2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Mori, Yoichi Asaoka, for the CALET collaboration
    • 学会等名
      42nd COSPAR Assembly, July 14-22, 2018, Pasadena, 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 国際宇宙ステーション搭載検出器CALETによる宇宙線・ガンマ線の観測2018

    • 著者名/発表者名
      森正樹、CALETチーム
    • 学会等名
      東北大学大学院理学研究科セミナー, September 11, 2018
    • 招待講演
  • [備考] 立命館大学理工学部物理科学科 森研究室

    • URL

      http://www.ritsumei.ac.jp/se/rp/physics/lab/astro/

  • [備考] CALET - CALorimetirc Electron Telescope

    • URL

      http://calet.jp/

  • [備考] CALET-USA - CALorimetric Electron Telescope

    • URL

      http://calet.phys.lsu.edu/

  • [備考] 宇宙ステーション・きぼう 広報・情報センター 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置(CALET)

    • URL

      http://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/ef/calet/

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公開日: 2019-12-27  

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