CALET長期観測による銀河宇宙線の起源解明と暗黒物質探索

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H05608
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 鳥居 祥二 早稲田大学, 理工学術院, 名誉教授 (90167536)
• 研究分担者: 森 正樹 立命館大学, 理工学部, 教授 (80210136) ; 田村 忠久 神奈川大学, 工学部, 教授 (90271361)
• 研究期間 (年度): 2019-06-26 – 2024-03-31
• キーワード: 高エネルギー宇宙線 / 宇宙線加速 / 宇宙線銀河内伝播 / 近傍加速源 / 暗黒物質 / 多波長天文学 / 国際宇宙ステーション / カロリメータ

研究実績の概要

本研究で実施している国際宇宙ステーションに搭載したCALETによる高エネルギー宇宙線の観測は、2015年10月から約8.5年に亘って極めて順調に実施されている。JAXAと連携した軌道上観測の常時モニタリングを行って観測運用の最適化を図ることにより、効率的かつ安定的な観測を実現している。その結果、主要な観測モードである高エネルギー(>10GeV)トリガーによる観測イベント数はすでに約20億に達しており、(1)1 GeV-10 TeV領域の電子、(2)10 GeV-数100 TeV領域の陽子・原子核、(3)1 GeV-1 TeV領域のガンマ線の高精度観測を実現している。
今年度の成果として、電子観測では世界で最も高いエネルギー領域での直接観測に成功し、新たに10 GeVー7.5 TeVのエネルギースペクトルの観測結果をPRLで発表している。そして、本研究の主要課題であるTeV領域での近傍加速源の存在に関する重要な解釈を行なっている。陽子・原子核観測では、40 GeV-250 TeVにおけるヘリウムのエネルギースペクトルの観測結果をPRLに発表している。そして、陽子や炭素、酸素と共通するスペクトルの硬化が、ほぼ同じエネルギー領域(~500 GeV/Z)に検出されており、その原因解明に不可欠な知見が得られている。加えて、10 TeV/Z領域には陽子と符合するスペクトルの軟化が検出されており、超新星残骸での衝撃波加速の限界を示唆する成果であると考えられている。
そのほか、10 GeV以下の電子、陽子の太陽変調の約6年間の同時観測により、太陽変調の電荷依存性を検出し、従来のForce-Field近似をこえるドリフトモデルによる解釈に成功している。今年度の最新の研究成果については、宇宙線国際会議（22件、内1件は招待講演）、日本物理学会（13件）等国内外の会議において発表している。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5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] Pisa University & INFN/Siena University/IFAC-CNR(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Pisa University & INFN/Siena University/IFAC-CNR
  • 他の機関数: 5
• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University St. Louis(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA Goddard Space Flight Center/Louisiana State University/Washington University St. Louis
  • 他の機関数: 4
• [雑誌論文] Direct Measurements of Cosmic Rays with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2024)
  • 著者名/発表者名: *Y.Akaike, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: SciPost Phys. Proc. 巻: 13 ページ: 040
  • DOI: 10.21468/SciPostPhysProc.13.040
  • 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 Station (2023)
  • 著者名/発表者名: O.Adriani, *Y.Akaike, *N.Cannady, *H.Motz, M.Mori, T.Tamura, *S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 131 ページ: 191001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.191001
  • 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 Station (2023)
  • 著者名/発表者名: O.Adrinai, *Y.Akaike, *S.Miyake, M.Mori, *K.Munakata, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 211001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.211001
  • 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 Station (2023)
  • 著者名/発表者名: O.Adriani, *P.Brogi, *K.Kobayashi, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 171002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.171002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highlights from the CALET observations for 7.5 years on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *S.Torii, M.Mori, T.Tamura et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 002
  • DOI: 10.22323/1.444.0002
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Energy spectrum of cosmic-ray electron and positron measured with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *Y.Akaike, *S.Torii, M.Mori, T.Tamura et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 071
  • DOI: 10.22323/1.444.0071
  • 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 with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *K.Kobayashi, *P.S.Marrocchesi, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 092
  • DOI: 10.22323/1.444.0092
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of iron cosmic-ray primaries below 10GeV/n with geomagnetic effect by CALET (2023)
  • 著者名/発表者名: *M.Ichimura, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 057
  • DOI: 10.22323/1.444.0057
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status of the operations of CALET for eight years on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *T.Tamura, Y.Akaike, K.Kobayashi, M.Mori, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 094
  • DOI: 10.22323/1.444.0094
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Results from CALorimetric Electron Telescope (CALET) Observations of Gamma-rays (2023)
  • 著者名/発表者名: *M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 708
  • DOI: 10.22323/1.444.0708
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmic-Ray Modulation during Solar Cycles 24-25 Transition Observed with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *S.Miyake, K.Munakata, Y.Akaike, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 1253
  • DOI: 10.22323/1.444.1253
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Refinement of the High-Energy Gamma-ray Selection for CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *N.Cannady, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 657
  • DOI: 10.22323/1.444.0657
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Event-by-Event Analysis for TeV Electron Candidates with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *N.Cannady, *Y.Akaike, *S.Torii, M.Mori, T.Tamura et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 062
  • DOI: 10.22323/1.444.0062
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observational Challenges on the ISS: A Case Study with CALET (2023)
  • 著者名/発表者名: *N.Cannady, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 063
  • DOI: 10.22323/1.444.0063
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optimizing Selection Criteria for the CALET Ultra-Heavy Cosmic Ray Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: *W.Zober, *B.Rauch, A.Ficklin, N.Cannady, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 089
  • DOI: 10.22323/1.444.0089
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Results of the Ultra-Heavy Cosmic-Ray Analysis with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *W.Zober, *B.Rauch, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 088
  • DOI: 10.22323/1.444.0088
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CALET Search for electromagnetic counterparts of gravitational waves in O4 (2023)
  • 著者名/発表者名: *Y.Kawakubo, M.Cherry, T.Sakamoto, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 1517
  • DOI: 10.22323/1.444.1517
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical analysis into the drivers behind relativistic electron precipitation events observed by CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *A.Ficklin, A.Bruno, L.Blum, G.deNolfo, T.Guzik, R.Kataoka ,S.Vidal-Luengo, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 176
  • DOI: 10.22323/1.444.0176
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Boron flux in cosmic rays and its flux ratio to primary species measured with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *P.Maestro, *Y.Akaike, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 058
  • DOI: 10.22323/1.444.0058
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Helium flux and its ratio to proton flux in cosmic rays measured with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *P.Brogi, *K.Kobayashi, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 054
  • DOI: 10.22323/1.444.0054
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Feasibility study on an analysis of CR helium flux with the CALET detector based on an extended acceptance (2023)
  • 著者名/発表者名: *M.Mattiazzi, *P.Brogi, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 082
  • DOI: 10.22323/1.444.0082
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Flux ratios of primary elements measured by CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *C.Checchia, Y.Akaike, F.Stolz, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 093
  • DOI: 10.22323/1.444.0093
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Iron and Nickel fluxes measured by CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *F.Stolz, Y.Akaike, G.Bigongiari, C.Checchia, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 061
  • DOI: 10.22323/1.444.0061
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optimization of the proton background rejection in the measurement of the electron flux at high energies with CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: *S.Gonzi, L.Pacini, E.Berti, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 090
  • DOI: 10.22323/1.444.0090
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interpretation of the CALET Electron+Positron Spectrum by Astrophysical Sources (2023)
  • 著者名/発表者名: *H.Motz, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 067
  • DOI: 10.22323/1.444.0067
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dark Matter Limits from the CALET Electron+Positron Spectrum with Individual Astrophysical Source Background (2023)
  • 著者名/発表者名: *H.Motz, M.Mori, T.Tamura, S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2023) 巻: 444 ページ: 1385
  • DOI: 10.22323/1.444.1385
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ISS搭載CALETによる観測成果のハイライトと今後の展望 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二 、田村忠久、森正樹 他（CALET チーム）
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会（オンライン)
• [学会発表] CALETによる10 GeVから7.5 TeV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、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会（オンライン)
• [学会発表] CALETの観測によって得られた10GeV/n 以下の鉄核強度 (2024)
  • 著者名/発表者名: 市村雅一、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会（オンライン)
• [学会発表] Limits on dark matter annihilation and decay from the CALET electron spectrum up to 7.5 TeV (2024)
  • 著者名/発表者名: H.Motz, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会（オンライン)
• [学会発表] CALET Alert System (2024)
  • 著者名/発表者名: M.Mori, Y.Kawakubo, S.Torii, T.Tamura et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: II ”Synergies at New Frontiers”
  • 国際学会
• [学会発表] ISS搭載 CALETによる8年間の観測成果と今後の展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] CALETにおけ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、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] CALETによる陽子, ヘリウムのエネルギースペクトルの観測の最新結果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林兼好、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] 重力波観測O4におけるCALETの重力波電磁波対応天体の探査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川久保雄太、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] CALETの観測結果を用いた第24-25 期太陽活動遷移期間における太陽変調の理論的検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三宅晶子、鳥居祥二、田村忠久、森正樹 他（CALETチーム）
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] Investigating the Properties of Astrophysical Cosmic-ray Sources based on the CALET Electron+Positron Spectrum (2023)
  • 著者名/発表者名: H.Motz, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（東北大学)
• [学会発表] The Latest results of the CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cause and Effects of Relativistic Electron Precipitation at CALET onboard ISS (2023)
  • 著者名/発表者名: R.Kataoka
  • 学会等名: URSI-GASS
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling the solar modulation of galactic cosmic rays based on the latest observation results by CALET on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: S.Miyake, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: American Geophysical Union
  • 国際学会
• [学会発表] On the Semi-Annual Variation of Relativistic Electron Precipitation (2023)
  • 著者名/発表者名: L.Blum, S.Torii et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union
  • 国際学会
• [学会発表] Latest results on observations with the CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: F.Stolzi, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: TeV Particle Astrophysics 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Highlights from CALET after 7 years of observations on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: P.S.Marrocchesi, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: ASAPP 2023: Advances in Space AstroParticle Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Seven Years of CALET Observations on the International Space Station (2023)
  • 著者名/発表者名: N.Cannady, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: American Physical Society April 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Results of the CALET Ultra-Heavy Cosmic-Ray Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: W.V.Zober, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: American Physical Society April 2023
  • 国際学会
• [学会発表] CALETによる マルチメッセンジャー観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二、森正樹、田村忠久 他 (CALET チーム）
  • 学会等名: マルチメッセンジャー天文学の展開
  • 招待講演
• [学会発表] Cosmic-Ray Modulation After the Next Solar Maximum Suggested by the CALET Experiment (2023)
  • 著者名/発表者名: S.Miyake, S.Torii, T.Tamura, M.Mori et al. (CALET Collaboration)
  • 学会等名: The 14th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Search for TeV-Range Dark Matter with Electron and Positron Cosmic Rays (2023)
  • 著者名/発表者名: H.Motz
  • 学会等名: ダークマターの正体は何か？ - 広大なディスカバリースペースの網羅的研究
• [備考] CALET-カロリメータ型宇宙電子線望遠鏡
  • URL: https://calet .jp
• [備考] DARTS/Calet at ISAS/JAXA
  • URL: http://darts.jaxa.jp/astro/calet/
• [備考] 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置（CALET)
  • URL: https://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/ef/calet/
• [備考] CALET: CALorimetric Electron Telescope
  • URL: http://calet,phys.lsu.edu
• [備考] CALET-HOME
  • URL: http://calet.pi.infn.it
• [学会・シンポジウム開催] CALET Technical Interchange Workshop (2023)