Pioneering ultrahigh-energy cosmic ray astronomy using new air-fluorescence telescope array

使用新型空气荧光望远镜阵列开创超高能宇宙射线天文学

• 批准号: 21H04470
• 负责人: 藤井 俊博
• 金额: $ 26.21万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Kyoto University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04470/
• 关键词: 宇宙線観測; 極高エネルギー; 大気蛍光; 質量組成; 化学組成; スペクトル

宇宙空間で最も高いエネルギーを持つ「極高エネルギー宇宙線」は、爆発的な天体物理現象による加速か、もしくは標準模型を超えた物理を起源に持つと考えられているが、これまでの研究で起源・加速機構については未だ明らかになっていない。現在の世界最高感度を一桁更新し、極高エネルギー宇宙線天文学の開拓する将来計画へ向けて、極高エネルギー宇宙線観測に特化した低コスト型の新型大気蛍光望遠鏡アレイを開発することが本研究課題の目的である。これまでの研究で、南北半球で極高エネルギー宇宙線観測を続けているテレスコープアレイ実験 (TA)とピエールオージェ観測所(Auger)に、小型(1.6 m直径)の光学系と4本の大口径(20 cm直径)光電子増倍管からなる低コスト型の新型大気蛍光望遠鏡を合計4基設置した。本年度は、TAとAugerに設置した望遠鏡を使って遠隔操作によるデータ収集析を継続しながら、Augerへの2基目の望遠鏡の設置準備を進めた。まず、実験室にて新型大気蛍光望遠鏡のカメラを構成する光電子増倍管と波形収集回路の統合試験を実施した。光電子増倍管の基本性能評価では、標準光源を用いたゲインの絶対値および印加電圧依存性を測定し、光源をロボットアームで動かすことで入射位置と入射角ごとのゲインの非一様性を測定した。次に、将来計画を見据えて、低コスト化と省電力化を目指して独自に開発を進めている波形収集回路を製作した。また、データ解析では機械学習を使った新たな解析手法の開発を進めており、学習手法の最適化・高速化を実現した。さらには、3地点に望遠鏡アレイとして設置したときの極高エネルギー宇宙線のエネルギーおよび質量組成に感度の高い最大発達深さの再構成精度を評価し、将来計画に必要な精度を持つことを確かめた。

Outer space is the highest altitude in the universe. It is the highest in the universe. It is the highest in the universe. It The goal of this research is to develop a new type of high-resolution telescope with the highest sensitivity in the world, especially for cosmic ray astronomy, and to develop a new type of high-resolution telescope for cosmic ray astronomy. In this research, the optical system of the Auger, the small (1.6 m diameter) optical system and the four original large-aperture (20 cm diameter) photoelectron magnifier tubes in the northern and southern hemispheres were combined with four new large-aperture optical telescopes. This year, the TA and Auger set up the telescope to enable remote operation, collection and analysis, and the Auger set up the telescope to advance A new type of large optical telescope is designed and implemented in the laboratory. The optical multiplier tube and waveform collector circuit are integrated. The basic performance evaluation of optoelectronic multiplier tube is to determine the insulation value and voltage dependence of standard light source, the incidence position and incidence angle of light source. Next, the future plan is to see the data, low cost, low power consumption, and the development of the waveform collection circuit. The development of new analytical methods and optimization of learning methods are realized through mechanical learning. In addition, the telescope was set up at three locations and the reconstruction accuracy was evaluated at the highest sensitivity of cosmic rays and mass composition. The necessary accuracy for future planning was maintained.

项目成果

Measurement of the Fluctuations in the Number of Muons in Extensive Air Showers with the Pierre Auger Observatory

用皮埃尔俄歇天文台测量大范围空气簇射中 μ 子数量的波动

• DOI: 10.1103/physrevlett.126.152002
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review Letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Aab, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Albury, J. M.;Allekotte, I.;Almela, A.;Alvarez-Muñiz, J.;Alves Batista, R.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.
• 通讯作者: Anchordoqui, L.

次世代の極高エネルギー宇宙線観測実験FASTで期待される宇宙線起源・加速機構解明の新展開

下一代极高能宇宙线观测实验FAST有望在阐明宇宙线起源和加速机制方面取得新进展

• 发表时间: 2021
• 作者: Z. Ge;S. Naimi;D. Nagae;Y. Abe;S. Omika;T. Uesaka;F. Suzaki;H. Li;Y. Yamaguchi;M. Wakasugi;K. Wakayama;T. Yamaguchi;A. Ozawa;H. Arakawa;K. Inomata;T. Kobayashi;K. Nishimuro;S. Suzuki;T. Moriguchi;D. Kamioka;M. Mukai;M. Amano;A. Kitag;奥川創介;藤井 俊博
• 通讯作者: 藤井 俊博

University of Adelaide(オーストラリア)

阿德莱德大学（澳大利亚）

University of Chicago/University of Utah(米国)

芝加哥大学/犹他大学（美国）

Unraveling mysteries of the most energetic particle in the universe

揭开宇宙中最高能粒子的谜团

• 发表时间: 2021
• 作者: E. Aprile;K. Abe;F. Agostini;S. Ahmed Maouloud;M. Alfonsi;L. Althueser;B. Andrieu;E. Angelino;J. R. Angevaare;V. C. Antochi;D. Anton Martin;F. Arneodo;L. Baudis;A.L. Baxter;L. Bellagamba;R. Biondi;A. Bismark;S.Kazama et al.;Toshihiro Fujii
• 通讯作者: Toshihiro Fujii