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宇宙一明るい爆発現象であるガンマ線バースト(GRB)は、宇宙最強の加速器である。始動しはじめた地上の加速器LHC やJ-PARC と同様、GRB はさまざまな素粒子を生成する宇宙の素粒子ファクトリーとみなせる。一方、天体観測ではさまざまな粒子を捉える全粒子天文学が急成長している。本研究では、GRB がガンマ線以外にもどのような粒子を放出するのかを明らかにし、全粒子天文学の理論的基礎を構築することを目的とする。
①ガンマ線バーストからはGeVを超える非常に高エネルギーのガンマ線が放出されている可能性がある。高エネルギーガンマ線を捕えることができれば、ガンマ線バーストのローレンツ因子に制限を加えることができ、また、ガンマ線バーストで粒子加速がどのエネルギーまで起こっているのかを知ることができる。高エネルギーガンマ線は将来チェレンコフ望遠鏡群（CTA）によって感度の良い観測が可能になる。そこでCTAによってガンマ線バーストから高エネルギーガンマ線が観測できるかどうかを検討した。その結果、年間数発ぐらい観測できる可能性があることを示した。
②ガンマ線バーストが宇宙最初の星から生まれるかどうかという問題は、ガンマ線バーストで遠方宇宙を探るために重要な問題である。宇宙最初の星は外層が巨大である可能性があり、ジェットが外層を突き破れるかどうかが問題になる。外層が中心に降着する時間が長いためジェットが長時間出続けて、外層を突き破れる可能性を数値的に示し、ジェットが星を突き破る条件を明らかにした。
③ガンマ線背景放射の理論的上限を求め、観測がそれを破っている可能性を示唆した。近傍のガンマ線バーストなどの存在が示唆される。その他、超新星残骸からの宇宙線電子の逃避や、蟹星雲のフレアについても研究した。
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