Elucidating the origin of heavy elements by a space-based gamma-ray detector using liquid argon

本研究の目的は、超新星や連星中性子星合体などの重元素合成の有力候補サイトからの微弱な核ガンマ線を捉えることができる高感度ガンマ線望遠鏡を開発することである。そのために、液体アルゴンを検出器媒体に用いた新しい概念に基づくガンマ線コンプトン望遠鏡を、素粒子物理実験で実用化された技術を基盤として構築し、さらにそれを人工衛星に搭載する技術の開発を目指している。２０２２年度は、世界初の液体アルゴンを利用したコンプトン望遠鏡の実証機の開発を目指して、地上試験用の液体アルゴンクライオスタットの設計と液体アルゴン中に沈めるコンプトン望遠鏡の設計、その主要コンポーネントの試作を行った。コンプトン望遠鏡におけるガンマ線の検出情報は励起したアルゴンのシンチレーション光およびアルゴンから電離した電子の読み出しによって得られる。シンチレーション光検出器として光電子増倍管とSiPM検出器を想定し、読み出しアンプおよびデータ処理システムの開発を行った。電離電子の高精度測定のために、陽極分割電極や読み出しアンプ基板の試作を実施した。コンプトン望遠鏡実証機の開発と並行して、サイエンス観測計画の立案のための全天シミュレーションモデルを構築している。このモデルを用いてMeVガンマ線天文学の重要ターゲットとなりうるMeVガンマ線銀河面放射についての研究を進め、COMPTEL超過と呼ばれる放射成分の起源について議論した。また、液体アルゴン検出器を飛翔体搭載へと対応させるため、JAXA国内気球実験の準備を進めている。

本研究の目的は、超新星や連星中性子星合体などの重元素合成の有力候補サイトからの微弱な核ガンマ線を捉えることができる高感度ガンマ線望遠鏡を開発することである。そのために、液体アルゴンを検出器媒体に用いた新しい概念に基づくガンマ線コンプトン望遠鏡を、素粒子物理実験で実用化された技術を基盤として構築し、さらにそれを人工衛星に搭載する技術の開発を目指している。２０２２年度は、世界初の液体アルゴンを利用したコンプトン望遠鏡の実証機の開発を目指して、地上試験用の液体アルゴンクライオスタットの設計と液体アルゴン中に沈めるコンプトン望遠鏡の設計、その主要コンポーネントの試作を行った。コンプトン望遠鏡におけるガンマ線の検出情報は励起したアルゴンのシンチレーション光およびアルゴンから電離した電子の読み出しによって得られる。シンチレーション光検出器として光電子増倍管とSiPM検出器を想定し、読み出しアンプおよびデータ処理システムの開発を行った。電離電子の高精度測定のために、陽極分割電極や読み出しアンプ基板の試作を実施した。コンプトン望遠鏡実証機の開発と並行して、サイエンス観測計画の立案のための全天シミュレーションモデルを構築している。このモデルを用いてMeVガンマ線天文学の重要ターゲットとなりうるMeVガンマ線銀河面放射についての研究を進め、COMPTEL超過と呼ばれる放射成分の起源について議論した。また、液体アルゴン検出器を飛翔体搭載へと対応させるため、JAXA国内気球実験の準備を進めている。