Novel Development of Highest Energy Gamma Ray Astronomy

最高能量伽马射线天文学的新发展

基本信息

批准号：
20H05640
负责人：
瀧田正人
金额：
$ 126.71万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-08-31 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

南米ボリビアの標高4,740m地点に新しい宇宙線観測装置を建設し、南天では世界初の最エ高ネルギー領域(百兆から千兆電子ボルト：sub-PeV = 0.1 - 1 PeV）でガンマ線放射天体を観測する。そして、その親粒子となる千兆電子ボルト（1 PeV) 銀河宇宙線加速天体の正体という、宇宙線物理学の長年の謎を解明する。南半球からは、銀河系中心ブラックホールや多数の超新星残骸などの極限物理状態の天体が観測可能で、どの天体現象がどのエネルギーまで粒子を加速できるのかを明らかにする。本年度は、ボリビアのサンアンドレス大学・ボリビアの建設業者とミュー粒子検出器用貯水槽の設計と基礎調査を行った。本計画の一部であるプロトタイプ実験ALPAQUITA（地表空気シャワー検出器約100台）の建設に向けたインフラ整備は、サンアンドレス大学の工学部や施設担当者らの協力によってほぼ完成した。ALPAQUITAの地表空気シャワー検出器の設置作業が進んでいる。観測施設に給水するための井戸の掘削方法とパイプ・ポンプの設置方法の検討、質と水量に関する調査を進めた。また、本計画で実行可能・最適な地表空気シャワー検出器の数・配置場所を地下ミュー粒子検出器の面積・設置場所と合わせて検討した。地下ミュー粒子検出器のデザインも最終段階を迎え、まもなく設置予定である。さらに、光電子増倍管、高圧電源、読み出し回路等を日本で準備・試験した。個々の装置の特性の理解と読み出しソフトウェアの動作確認が目的である。また、ALPAQUITAに地下ミュー粒子観測装置の一部を組み合わせた実験のsub-PeV領域ガンマ線放射天体に関する感度をモンテカルロシミュレーションによって評価したところ、1年間の観測期間で数個の明るい天体が検出可能であることが判明した。本計画に関して、オンラインで国内外研究打ち合わせや国内外発表を行った。

一座新的宇宙射线观测装置将在南美洲玻利维亚海拔4,740 m处建造，将是世界上第一个探测最高能量区域（100万亿至1,000万亿电子伏特）伽马射线发射物体的装置： sub-PeV = 0.1 - 1 PeV）在南边天空观察。我们还将解决宇宙射线物理学中一个长期存在的谜团：千万亿电子伏特（1 PeV）银河宇宙射线加速物体（即其母粒子）的身份。从南半球，将有可能观察到极端物理状态的天体，例如银河系中心黑洞和众多超新星遗迹，并将揭示哪些天体现象可以将粒子加速到什么能量。今年，我们与玻利维亚圣安德烈斯大学和玻利维亚一家建筑公司合作，设计并开展了μ介子探测器水箱的基础研究。作为该项目一部分的原型实验ALPAQUITA（约100个表面空气喷淋探测器）的建设基础设施准备工作在圣安德烈斯大学工程系和设施人员的合作下已基本完成。 ALPAQUITA 表面风淋室探测器的安装正在进行中。我们调查了如何打井、安装管道和水泵为观测设施供水，并调查了水的质量和水量。此外，我们还研究了该项目可行且最佳的地面风淋室探测器数量和位置，以及地下μ介子探测器的面积和位置。地下μ介子探测器的设计已进入最后阶段，计划很快安装。此外，光电倍增管、高压电源、读出电路等均在日本制备和测试。目的是了解各个设备的特性并检查读出软件的操作。此外，当我们利用蒙特卡洛模拟评估ALPAQUITA与部分地下μ介子观测装置相结合的实验对亚PeV区域伽马射线发射物体的灵敏度时，我们发现在实验过程中可以探测到多个明亮物体。结果观察了一年。针对这个项目，我们在国内外举办了在线研究会议和演示。