超新星残骸における宇宙線加速限界の直接測定

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
• 研究課題/領域番号: 19H05112
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 浅岡 陽一 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 主任研究員(研究院准教授) (40345054)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: CALET / 銀河宇宙線 / 加速限界 / 超新星 / 陽子・ヘリウム

研究実績の概要

2019年度の大きな成果として、CALETによる10TeVまでの陽子スペクトルの発表が挙げられる．本論文は``Editor's Suggestion''として，Physical Review Lettersのハイライトに選ばれている．50 GeVから10 TeVに至る陽子スペクトルを単一の検出器で初めて測定した．得られた結果は，低エネルギー側で磁気スペクトロメータAMS-02の高精度測定と合致し，さらなる高エネルギー側ではTeV領域に至る漸次的なスペクトル硬化を検出した．これは，「宇宙線標準モデル」の予測と食い違う原子核スペクトル「硬化」の起源解明において，伝播効果の役割や近傍加速源の寄与を議論する上で決定的な成果である．
データ解析においては，ヘリウムの解析を進めると共に，最大の目的となる，100TeV領域における陽子ヘリウムスペクトルの冪形状を精度よく求めるため，イベント選別の信頼性，飛跡再構成方法の信頼性，モンテカルロモデル依存性，検出器内での相互作用位置の影響など，様々な系統的調査を行った．
それと同時に，国際宇宙ステーションにおける長期安定観測を継続してスペクトルの精度を向上させるため，軌道上運用とその効率化を実施した．軌道上CALETの安定運用は，統計が最も重要となる100TeV領域のスペクトルの精度を確保するために必須である．
また，本学術領域が主催する研究会に参加し様々な研究に触れ，宇宙線直接観測のコミュニティとは異なる研究者と議論することで，新たな共同研究の種を育むことが出来た．

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

CALETは電子観測に最適化されており，エネルギー測定のために検出器内でのハドロン相互作用を必要とする陽子やヘリウムの観測は，電子観測とは異なりよりシミュレーションに対する依存性が強く難しい解析となる．その意味で，CERNでの400GeV陽子ビームを用いたシミュレーションの検証や詳細な系統誤差の評価を含む陽子論文をPhysical Review Letterに出版できたことは，非常に大きな成果と言える．これからはこの成果を礎として，更新されたところのみを集中的に議論することが可能となり，論文化がより効率的に行えるためである．

また，ヘリウムの解析も形になり，最大の目的である陽子・ヘリウムの100TeV領域に至るスペクトル測定に関しても予定通り進捗している．軌道上運用も安定に行われており，地上システムの更なる効率化も進んでいる．全体的におおむね順調に進展していると言える．

今後の研究の推進方策

多様な研究者グループにより組織される本学術領域においては，それぞれの研究者が各々の研究対象の学術水準を向上・強化につながる新たな研究領域となっていると考える．そのような学術領域の研究課題に公募研究として参加することが出来た機会を活かし，さらなる共同研究や研究人材の育成，設備の共用化等の取組を通じて発展できるように努める．

研究成果

• [国際共同研究] Pisa University and INFN/Florence University and INFN/IFAC-CNR(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Pisa University and INFN/Florence University and INFN/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: 2
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Adriani O. et al., CALET Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 122 ページ: 181102 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.181102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of Heavy Cosmic-Ray Nuclei Spectra with CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Akaike Yosui for the CALET Collaboration
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1181 ページ: 012042--012042
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1181/1/012042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years On Orbit (2019)
  • 著者名/発表者名: Asaoka Y., et al., CALET Collaboration
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1181 ページ: 012003--012003
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1181/1/012003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Shoji Torii and Pier Simone Marrocchesi for the CALET collaboration
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 64 ページ: 2531--2537
  • DOI: 10.1016/j.asr.2019.04.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of cosmic-ray carbon and oxygen energy spectra with CALET (2019)
  • 著者名/発表者名: Paolo Maestro for the CALET collaboration
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 64 ページ: 2538--2545
  • DOI: 10.1016/j.asr.2019.04.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station: Results from the First Two Years of Operation (2019)
  • 著者名/発表者名: Asaoka Y., et al., CALET Collaboration
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 208 ページ: 13001--13001
  • DOI: 10.1051/epjconf/201920813001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radiation dose during relativistic electron precipitation events at the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueno H., Nakahira S., Kataoka R., Asaoka Y., Torii S., Ozawa S., Matsumoto H., Bruno A., Nolfo G.A., Collazuol G., Ricciarini S.B.
  • 雑誌名: Space Weather 巻: - ページ: 20943 1-7
  • DOI: 10.1029/2019SW002280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An interpretation of the cosmic ray e+ + e- spectrum from 10 GeV to 3 TeV measured by CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Bhattacharyya Saptashwa, Motz Holger, Asaoka Yoichi, Torii Shoji
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics D 巻: 28 ページ: 1950035-1950035
  • DOI: 10.1142/S0218271819500354
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Asaoka et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceedings of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 001 1-16
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of Heavy Cosmic Ray Nuclei Fluxes with CALET (2019)
  • 著者名/発表者名: Y.Akaike et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceedings of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 034 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the Proton Spectrum with CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: P.S.Morrocchesi et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceedings of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 103 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of CALET Data for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Motz and Y.Asaoka (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 112 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CALET Ultra Heavy Cosmic Ray Observations on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: B. F. Rauch, W. Binns et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 130 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extended Measurement of Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: S.Torii et al. (CALET Collaboration)
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 142 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interpretation of the CALET Electron+Positron Spectrum concerning Dark Matter Signatures (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Motz, Y. Asaoka and S. Bhattacharyya
  • 雑誌名: Proceeding of Science (ICRC2019) 巻: 358 ページ: 533 1-8
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] CALETによる4.5年間の軌道上観測の最新成果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会（2020) オンライン
• [学会発表] CALET：4年半にわたる軌道上運用のまとめ (2020)
  • 著者名/発表者名: 浅岡陽一
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会（2020) オンライン
• [学会発表] CALETによる原子核エネルギースペクトルの観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会（2020) オンライン
• [学会発表] 国際宇宙ステーション搭載CALETの最新成果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
• [学会発表] CALETの運用状況と電子、陽子・原子核スペクトル (2020)
  • 著者名/発表者名: 浅岡陽一
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
• [学会発表] High Energy Gamma-rays and Gamma-ray Bursts Observations by CALET (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム, 宇宙科学研究所, 相模原
• [学会発表] CALET: Calorimetric Electron Telescope (2019)
  • 著者名/発表者名: Pier Simone Marrocchesi
  • 学会等名: XSCRC2019: Cross sections for Cosmic Rays, CERN, Geneva, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Results and Dark Matter Search with CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Asaoka
  • 学会等名: Dark Matter searches in the 2020s - At the crossroads of the WIMP, ICRR, University of Tokyo, Kashiwa, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CALET Results after Three Years on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Asaoka
  • 学会等名: 16th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, Toyama, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Shoji Torii
  • 学会等名: Calorimetry for the High Energy Frontier: CHEF2019, Kyushu Univ. Fukuoka, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CALET on the International Space Station: the First Three Years of Operations (2019)
  • 著者名/発表者名: Paolo Brogi
  • 学会等名: 8th International Conference on New Frontiers in Physics (ICNFP2019), Crete, Greece
  • 国際学会
• [学会発表] The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Asaoka
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interpretation of the CALET Electron+Positron Spectrum concerning Dark Matter Signatures (2019)
  • 著者名/発表者名: Holger Motz
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Measurements of Heavy Cosmic Ray Nuclei Fluxes with CALET (2019)
  • 著者名/発表者名: Yosui Akaike
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of the Proton Spectrum with CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Pier Simone Marrocchesi
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of CALET Data for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays (2019)
  • 著者名/発表者名: Holger Motz
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] CALET Ultra Heavy Cosmic Ray Observations on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Brian F. Rauch
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Extended Measurement of Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from CALET on the ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shoji Torii
  • 学会等名: ICRC2019: 36th International Cosmic Ray Conference, Madison, WI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] An Overview of CALET Observations after 3 Years on ISS (2019)
  • 著者名/発表者名: Pier Simone Marrocchesi
  • 学会等名: EPS-HEP2019: European Physical Society Conference on High Energy Physics, Ghent, Belgium
  • 国際学会
• [学会発表] CALET Results after Three Years on Orbit on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Paolo Maestro
  • 学会等名: ISCRA2019: International Sympsium on Cosmic Rays and Astrophysics, MEPhI, Moscow, Russia
• [学会発表] Calorimetric Electron Telescope (2019)
  • 著者名/発表者名: Pier Simone Marrocchesi
  • 学会等名: Next Generation of Astroparticle Experiments in Space (NextGapes-2019) , Moscow, Russia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CALETによる軌道上観測の最新成果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
• [学会発表] CALETによる宇宙線直接観測：陽子スペクトルの漸次的な硬化の高精度検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅岡陽一
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
• [学会発表] CALETによる炭素と酸素のエネルギースペクトル測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤池陽水
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
• [学会発表] Search for Anisotropy in Electron+Positron Cosmic Rays using CALET Data (2019)
  • 著者名/発表者名: Holger Motz
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会 山形大学
• [学会発表] 宇宙線直接観測と暗黒物質の間接探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅岡陽一
  • 学会等名: ダークマターの懇談会 早稲田大学
  • 招待講演
• [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