ＣＴＡ大口径望遠鏡による超高エネルギー宇宙線源候補天体フレア時の観測手法の確立

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K03996
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 吉田 龍生 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (60241741)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 解像型大気チェレンコフ望遠鏡 / 超高エネルギーガンマ線天体物理学

研究実績の概要

宇宙から地球に飛来する陽子や原子核の荷電粒子である超高エネルギー宇宙線の起源や加速機構は未だ謎である。この謎に迫るため、Cherenkov Telescope Array（CTA）計画の大口径望遠鏡（LST)4基のステレオ観測によって、超高エネルギー宇宙線源候補天体の活動性を、20 GeVから1 TeV程度までのエネルギー帯のガンマ線観測で高頻度に捉えるための準備研究を行っている。LST1号基は2018年10月に、CTA北サイトのカナリー諸島のラ・パルマ島に完成し観測を開始したが、2021年9月下旬から12月中旬までラ・パルマ島の火山噴火が継続し、観測が中断された。2022年春から観測が再開され、また、残り3基の建設が2022年度から開始されている。
いままで測定してきた焦点面検出器のライトガイドの性能評価のデータをまとめ、空気シャワーによって生成されたCherenkov光のスペクトルと主鏡の反射率の波長依存性を考慮して、LST2-4量産品のライトガイドの性能がLST1用より3ポイント程度高いという結果を得た。この結果は、紫外線310 nmから可視光650 nmまでの9波長のLEDを光源として、LST1号基用とLST2-4号基用のライトガイドを光電子増倍管（PMT）に取り付けて、暗室で回転測定を行い、各波長での集光効率の角度依存性を測定して得られたものである。ただし、入射光の方向に対して、正6角形のライトガイド入口をある方位角に固定して測定して得た結果である。実際にはチェレンコフ光は、様々な方位角方向から入射するために、この方位角依存性も考慮して実効的な集光効率を求める必要がある。

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

さらに検討すべき点もあるが、ライトガイドのLST1用量産品とLST2-4量産品の測定をまとめ、焦点面検出器モジュール論文の一部として出版する準備を行った。

今後の研究の推進方策

入射光に対するライトガイドの方位角依存性も考慮して、予備的な測定は行っているが、さらに測定を進め、実効的な集光効率を求める予定である。この測定に基づいたチェレンコフ光の集光効率の波長依存性の結果を空気シャワーのモンテカルロシミュレーションに組み込むことで、より現実に即したステレオ観測時のトリガー条件とデータ解析条件の最適化を目指す予定である。

次年度使用額が生じた理由

2021年秋から3ヶ月間、ラ・パルマ島の火山クンブレ・ビエハの噴火が継続し、観測が中断されたため昨年度予算を繰り越したが、このような自然災害もあったため、次年度の予算を確保し、補助事業期間を1年延長して研究活動を行いたい。

研究成果

• [国際共同研究] Max-Planck-Institut fuer Physik(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck-Institut fuer Physik
• [国際共同研究] CIEMAT(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: CIEMAT
• [雑誌論文] Multiwavelength study of the galactic PeVatron candidate LHAASO J2108+5157 (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Abe, A. Aguasca-Cabot, I. Agudo, N. Alvarez Crespo, L. A. Antonelli, C. Aramo, A. Arbet-Engels, M. Artero, K. Asano, P. Aubert, A. Baktash, A. Bamba, A. Baquero Larriva, L. Baroncelli, U. Barres de Almeida, J. A. Barrio, I. Batkovic, J. Baxter, J. Becerra Gonzalez, T. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 673 ページ: A75(1-16)
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202245086
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to spectral signatures of hadronic PeVatrons with application to Galactic Supernova Remnants (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Aguasca-Cabot, I. Agudo, A. Aguirre-Santaella, J. Alfaro, R. Aloisio, N. Alvarez Crespo, R. Alves Batista, L. Amati, E. Amato, G. Ambrosi, E.O. Anguener, C. Aramo, C. Arcaro, T. Armstrong, K. Asano, Y. Ascasibar, J. Aschersleben, M. Backes, A. Baktash, T. Yoshida et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 150 ページ: 102850(1-28)
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2023.102850
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] CTA大口径望遠鏡2-4号機における波形記録チップDRS4のサンプリング時間幅較正 (2023)
  • 著者名/発表者名: 服部勇大, 片桐秀明, 吉田龍生, CTA-Japan Consortium
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会