広視野MeVガンマ線カメラを用いた長期気球実験による銀河面探査

使用宽视场 MeV 伽马射线相机通过长期气球实验探索银河平面

基本信息

批准号：
08J00940
负责人：
黒澤俊介
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙において放射されるガンマ線の多くはシンクロトロン放射など連続ガンマ線であるが、今までに撮像観測されてきた例はX線やTeVガンマ線など他の波長域に比べて少ない。ラインガンマ線の場合にはそのエネルギーのみを解析で使用するのでガンマ線バックグラウンドなどの除去が比較的容易であるが、連続ガンマ線の場合は難しく、イメージングが難しい。ここで、電子飛跡型コンプトンカメラは検出器内でコンプトン散乱を起こさせ、そこで生じる反跳電子および散乱ガンマ線の(3次元)方向とエネルギーを測定できるので、既存のカメラよりもバックグラウンドを抑えることができる。そこで電子飛跡型コンプトンカメラを開発し、連続ガンマ線のイメージング実証実験を行った。本実験は大阪大学核物理センターにおいて140MeVの陽子線ビームを使用して、水をターゲットにして、生じるガンマ線の撮像を行った。エネルギー帯を463-559keVおよび800-2000keVに分けて再構成したイメージでは、前者のほうが広がったイメージになった。これは511keV(電子陽電子対消滅線)の発生分布がブラッグピークと対応していないために生じるもので、一方後者は即発ガンマ線などが由来となっているガンマ線でブラッグピーク位置をトレースし、このイメージ分布はシミュレーションとも矛盾がなかった。この結果から、今までラインガンマ線のみしか行われてこなかったわれわれのカメラのイメージングについて、連続ガンマ線に対するイメージング能力も実証された。これによって、銀河面をはじめ多くの連続ガンマ線放射天体の位置同定といった撮像を行えることが期待できる。なお本実験において、コンプトンカメラのエネルギー測定範囲を今までの1.3MeVから2MeVまで上げることに成功した。

空间中发出的大多数伽马射线都是连续的伽马射线，例如同步辐射，但是与其他波长范围（如X射线和Tev Gamma射线）相比，到目前为止观察到的图像的示例较少。就莱茵伽玛射线而言，仅将能量用于分析，因此去除伽马射线背景相对容易，但是在连续伽马射线的情况下，这很困难，成像很困难。在这里，电子跟踪的康普顿摄像机允许康普顿散射发生在检测器内，并且可以测量在那里发生的（3D）方向和能量的（3D）方向和能量，而散射的伽玛射线则可以比现有摄像机低的背景。因此，我们开发了一个电子跟踪的康普顿摄像头，并进行了连续伽玛射线成像的演示实验。该实验是在大阪大学核物理中心使用140 MEV质子束靶向水的大阪大学核物理中心进行的。通过将其分为463-559KEV和800-2000KEV的能量频段的图像将其重建。之所以发生这种情况，是因为511KeV（电子正电子对歼灭线）的发生分布与Bragg峰不符，而后者则使用伽马射线（gamma Rays）跟踪Bragg峰位置，该伽玛射线源自即时伽马射线，此图像分布与模拟一致。这些结果证明了我们的相机的成像功能，这些功能仅在迄今为止仅使用莱茵河伽玛射线进行，以至于它们仅用于rhineγ射线。这可以预期允许成像，例如识别包括星系平面在内的许多连续伽玛辐射对象的位置。在此实验中，我们成功地将康普顿摄像头的能量测量范围从前的1.3 MeV增加到2 MEV。