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

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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。