テレスコープアレイ大気蛍光望遠鏡による極高エネルギー宇宙線スペクトルの測定

近年、宇宙極高事象を理解する手段として、宇宙空間を飛び交う高エネルギーの素粒子(宇宙線)の観測が非常に注目されている。現在、10の20乗電子ボルトを超える極高エネルギー宇宙線が観測されており、そのエネルギーは人類最大の加速器で達成可能な1粒子あたりのエネルギーよりも8桁も大きい。だが、このような巨視的なエネルギーを持つ宇宙線がどこで加速され、どのように地球に到来するのかは明らかになっていない。本研究では北半球最大の宇宙線観測実験である、テレスコープアレイ大気蛍光望遠鏡の定常観測で集められた測定データを解析した。そして宇宙線の起源を明らかにする上で重要な極高エネルギー宇宙線のスペクトルを求めた。幅広いエネルギー領域でのスペクトルを測定するための解析手法を完成させ、10の17.5乗電子ボルトから10の20乗電子ボルトという幅広いエネルギーのスペクトルを求めた。このエネルギー領域のスペクトルは単純なべき関数ではなく折れ曲がり構造を持ち、この結果は他実験の測定結果とよく一致している。これに加え、大気蛍光望遠鏡では宇宙線の質量組成に依存するパラメーター(空気シャワーの最大発達深さ)を測定できるため、同じエネルギー領域における質量組成を測定した。得られた結果は、10の17.5電子ボルトから10の18.5電子ボルトで重い質量組成から軽い質量組成への遷移が見られ、それ以上のエネルギーでは陽子と一致した結果を示している。このエネルギースペクトルと質量組成の結果の解釈として、質量組成の遷移は宇宙線の起源の遷移に相当し、得られたエネルギースペクトルの折れ曲がり構造は極高エネルギー陽子と宇宙背景放射との相互作用によるものと考えられる。これらの研究成果を博士論文としてまとめ、さらには国内の物理学会や研究会をはじめ国際会議でも報告した。

近年、宇宙極高事象を理解する手段として、宇宙空間を飛び交う高エネルギーの素粒子(宇宙線)の観測が非常に注目されている。現在、10の20乗電子ボルトを超える極高エネルギー宇宙線が観測されており、そのエネルギーは人類最大の加速器で達成可能な1粒子あたりのエネルギーよりも8桁も大きい。だが、このような巨視的なエネルギーを持つ宇宙線がどこで加速され、どのように地球に到来するのかは明らかになっていない。本研究では北半球最大の宇宙線観測実験である、テレスコープアレイ大気蛍光望遠鏡の定常観測で集められた測定データを解析した。そして宇宙線の起源を明らかにする上で重要な極高エネルギー宇宙線のスペクトルを求めた。幅広いエネルギー領域でのスペクトルを測定するための解析手法を完成させ、10の17.5乗電子ボルトから10の20乗電子ボルトという幅広いエネルギーのスペクトルを求めた。このエネルギー領域のスペクトルは単純なべき関数ではなく折れ曲がり構造を持ち、この結果は他実験の測定結果とよく一致している。これに加え、大気蛍光望遠鏡では宇宙線の質量組成に依存するパラメーター(空気シャワーの最大発達深さ)を測定できるため、同じエネルギー領域における質量組成を測定した。得られた結果は、10の17.5電子ボルトから10の18.5電子ボルトで重い質量組成から軽い質量組成への遷移が見られ、それ以上のエネルギーでは陽子と一致した結果を示している。このエネルギースペクトルと質量組成の結果の解釈として、質量組成の遷移は宇宙線の起源の遷移に相当し、得られたエネルギースペクトルの折れ曲がり構造は極高エネルギー陽子と宇宙背景放射との相互作用によるものと考えられる。これらの研究成果を博士論文としてまとめ、さらには国内の物理学会や研究会をはじめ国際会議でも報告した。