銀河内PeVatron探査のための地上ガンマ線望遠鏡の開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04838
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 奥村 曉 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (90645011)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超高エネルギーガンマ線 / 宇宙線物理学 / ガンマ線天文学 / チェレンコフ望遠鏡アレイ / 半導体光検出器

研究実績の概要

本研究では次世代の地上ガンマ線天文台計画であるチェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）に向けて、2つの主要な成果を2019年度に果たした。まず1つ目は、2048画素のシリコン半導体光検出器を用いたCTA小口径望遠鏡用のチェレンコフカメラ試作機の完成である。このカメラをイタリアにあるCTA試作望遠鏡に搭載し、2019年4月にファーストライトを果たした。すなわち、超高エネルギー宇宙線陽子が引き起こした空気シャワーを大気チェレンコフ光で撮像することに成功した。また2つ目の成果は、同様の技術を用いたCTA中口径望遠鏡の試作カメラと試作望遠鏡を用いて、かに星雲からのガンマ線の検出に2020年1月に成功したことである。これら成果により我々の進めてきた半導体光検出器と専用集積回路を使用した焦点面カメラ、およびSchwarzschildCouder光学系を使用した望遠鏡デザインの実証という、CTAの完成とPeVatronの発見に向けた前進となった。本研究は海外の複数の研究グループとの共同研究である。研究代表者は半導体光検出器の開発と特性試験、光学系シミュレーション、読み出し回路の開発、データ収集・カメラ制御ソフトウェアの開発などを担当した。また2019年度の研究の副産物として、研究代表者の開発する光学系シミュレータに多層膜コーティングの特性を取り込むことも可能になった。これを用い、より複雑な望遠鏡のシミュレーションや、半導体光検出器の表面のシミュレーションも行えるようになった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] レスター大学/ダラム大学/オックスフォード大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: レスター大学/ダラム大学/オックスフォード大学
• [国際共同研究] SLAC国立加速器研究所/カリフォルニア大学/ジョージア工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: SLAC国立加速器研究所/カリフォルニア大学/ジョージア工科大学
  • 他の機関数: 20
• [国際共同研究] マックスプランク核物理学研究所/DESY(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク核物理学研究所/DESY
• [国際共同研究] アムステルダム大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: アムステルダム大学
• [国際共同研究] アデレイド大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: アデレイド大学
• [雑誌論文] Study of the Cosmic Rays and Interstellar Medium in Local H i Clouds Using Fermi-LAT Gamma-Ray Observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuno T.、Abdollahi S.、Fukui Y.、Hayashi K.、Koyama T.、Okumura A.、Tajima H.、Yamamoto H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 890 ページ: 120～120
  • DOI: doi.org/10.3847/1538-4357/ab6a99
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Front-end electronics of the Compact High Energy Camera (2020)
  • 著者名/発表者名: Leach S.A.、Lapington J.S.、Ross D.、Thornhill J.、Duffy C.、Funk S.、Zink A.、Jankowsky D.、White R.、Zorn J.、Tibaldo L.、Varner G.、Okumura A.、Tajima H.、Watson J.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 952 ページ: 161746～161746
  • DOI: doi.org/10.1016/j.nima.2018.12.061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using Muon Rings for the Calibration of the Cherenkov Telescope Array: A Systematic Review of the Method and Its Potential Accuracy (2019)
  • 著者名/発表者名: Gaug M.、Fegan S.、Mitchell A. M. W.、Maccarone M. C.、Mineo T.、Okumura A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 243 ページ: 11～11
  • DOI: doi.org/10.3847/1538-4365/ab2123
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of SiPM Optical Crosstalk and Its Dependence on the Protection-Window Thickness (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Yuki、Okumura Akira、Tajima Hiroyasu、Yamane Nobuhito、Zenin Anatolii
  • 雑誌名: Proceedings of the 5th International Workshop on New Photon-Detectors (PD18) 巻: - ページ: -
  • DOI: doi.org/10.7566/jpscp.27.011003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a UV-Transparent Lens Array for Enlarging the Effective Area of Multichannel SiPMs (2019)
  • 著者名/発表者名: Okumura Akira、Asano Akira、Furuta Kazuhiro、Hidaka Naoya、Nakamura Yuki、Tajima Hiroyasu、Zenin Anatolii
  • 雑誌名: Proceedings of the 5th International Workshop on New Photon-Detectors (PD18) 巻: - ページ: -
  • DOI: doi.org/10.7566/jpscp.27.011009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monte Carlo studies for the optimisation of the Cherenkov Telescope Array layout (2019)
  • 著者名/発表者名: Acharyya A. et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 111 ページ: 35～53
  • DOI: doi.org/10.1016/j.astropartphys.2019.04.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi-LATγ-Ray Study of the Interstellar Medium and Cosmic Rays in the Chamaeleon Molecular Cloud Complex: A Look at the Dark Gas as Optically Thick H i (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Katsuhiro、Mizuno Tsunefumi、Fukui Yasuo、Okamoto Ryuji、Yamamoto Hiroaki、Hidaka Naoya、Okumura Akira、Tajima Hiroyasu、Sano Hidetoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 884 ページ: 130～130
  • DOI: doi.org/10.3847/1538-4357/ab4351
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization and assembly of near-ultraviolet SiPMs for the Schwarzschild-Couder medium-size telescope proposed for the CTA Observatory (2019)
  • 著者名/発表者名: Adams Colin et al.
  • 雑誌名: Hard X-Ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XXI 巻: - ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1117/12.2530617
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] CTA報告164:小口径望遠鏡用SiPMの光検出効率の入射角度依存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥村曉
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] SiPM保護膜のクロストーク低減への影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田島宏康
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] SiPM光検出効率の入射角度依存性の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒田裕介
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Evaluation of a multi-channel silicon photomultiplier with a light concentrator for Medium-Sized Telescopes of Cherenkov Telescope Array (2019)
  • 著者名/発表者名: Anatolii Zenin
  • 学会等名: SiPM workshop
  • 国際学会
• [備考] CTA 試作望遠鏡で「かに」星雲のガンマ線検出に成功
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/research-results/20200602.html
• [備考] 半導体光検出器を使ったCTA小口径望遠鏡の試作カメラによる試験観測が成功
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/research-results/cta-20190628.html