CTA用モンテカルロシミュレーションの効率化のための背景事象生成省略手法の開発

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本研究は、次世代大型地上ガンマ線天文台CTAの多様な装置応答関数(IRF)を生成する大規模モンテカルロ(MC)シミュレーションのさらなる効率化を目的とする。計算時間の大部分を占める宇宙線バックグランド事象のシミュレーションにおいて、データ解析で除去されることが自明な事象を空気シャワーの初期反応を参照して同定し、それらを省略する新手法を開発する。2022年度は、上記課題に大学院修士課程学生が取り組み、結果を修士論文にまとめた。まず、調査対象の望遠鏡構成をCTAの北半球サイト(La Palma)のフルアレイ(大口径望遠鏡(LST)4基および中口径望遠鏡(MST)15基)とし、東京大学宇宙線研究所の計算機システムでガンマ線事象、バックグランド(陽子)事象を大量にシミュレートした。空気シャワーの初期発達パターンの特徴量として横方向運動量および生成粒子種毎のエネルギー比に着目し、これらと望遠鏡アレイで実際に観測される大気チェレンコフ光イメージの幅を、同一シミュレーション事象において比較した。バックグランドシャワーはガンマ線シャワーに比べ横方向運動量が大きく、それを反映して大気チェレンコフ光イメージが太くなるはずであるため、これらの間には正の相関があると期待できる。シミュレーションデータを解析した結果、3 TeV以上の陽子事象においては正の相関を確認することができた。しかし、3 TeV以下においては相関がないか負の相関になる場合もあり、その原因の特定には至らなかった。また、生成粒子種毎のエネルギー比も合わせて最も強い正の相関が得られる条件を導いたが、その場合でも分布の広がりが大きく相関係数が小さいため、シャワー初期発達パターンによるバックグランド分離は実用可能なレベルに達しなかった。さらに詳細な調査を行い、特に負の相関を示す領域の原因を理解すると共に、分離性能を改善する必要がある。