CALETによる暗黒物質探索と天体ガンマ線観測

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05382
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 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 – 2021-03-31
• キーワード: 天体ガンマ線 / 暗黒物質

研究成果の概要

約5年間のCALET検出器によるデータ（>10 GeV）を解析し、暗黒物質の対消滅や崩壊から放出されることが期待されている単色エネルギーのラインガンマ線の探索を行った。暗黒物質ハローの密度分布のモデルを4通り仮定し、それぞれに対応する銀河中心周りの解析領域を設定し、エネルギースペクトルを求め、このスペクトルにラインガンマ線信号が含まれていた場合のフラックスの上限値を算出した。この上限値と、解析領域から期待されるガンマ線量を比較し、暗黒物質のパラメータ（対消滅の場合は消滅断面積×相対速度、崩壊の場合は寿命）の制限を求めた。この結果は、国際会議で報告し、また論文として発表する予定である。

自由記述の分野

高エネルギー天体物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

ビッグバンで始まった宇宙で、銀河が形成される際の主役は未知の暗黒物質であるとされ、宇宙の質量の大部分を占めると考えられているが、その正体はわかっていない。暗黒物質が未知の重い素粒子であった場合、対消滅や崩壊を起こして、特徴的な単色のガンマ線（ラインガンマ線）を放出することが予想されている。国際宇宙ステーションに設置された宇宙線検出器CALETの約5年分の観測データを用いて、ラインガンマ線の信号を探索したが、そのような徴候は観測されず、暗黒物質の性質についての制限を与える結果を得た。これは、暗黒物質の正体を解明する上での手掛かりを与える重要な結果といえる。