Transcript 新チベット空気シャワーアレイ

チ ベ ット高 原 で の 高 エ ネ ル ギ ー
宇宙線の研究
瀧 田 正 人 東 京 大 学 宇 宙 線 研 究 所
平 成 16年 度 共 同 利 用 成 果 発 表 会
@ 宇 宙 線 研 究 所 1 8 /1 2 /2 0 0 4
（F o r T ib et A sγ co lla b o ra tio n )
平成１６年度チベット実験関係の共同
利用研究採択課題一覧
１．チベット高原での高エネルギー宇宙線の研究
（瀧田正人 東京大学宇宙線研究所）
２．宇宙線による太陽の影を用いた太陽周辺磁場の時間変動の観測
（山本嘉昭 甲南大学理工学部）
３．定常的または一時的ガンマ線放射の点源及び天体の探索
（坂田通徳 甲南大学理工学部）
４．チベット空気シャワーアレイによる超新星残骸及びその他の活動的
天体からのガンマ線の探索
（水谷興平 埼玉大学理学部）
５．Knee領域一次陽子スペクトルの研究
（柴田槇雄 横浜国立大学工学研究院）
６．Knee領域一次宇宙線全粒子スペクトルの研究
（堀田直己 宇都宮大学教育学部）
７．Sidereal daily variation of ~10TeV galactic cosmic ray intensity
observed by the Tibet air shower array
(宗像一起 信州大学理学部）
チベットグループ共同利用研究
経費執行状況
校費： 申請額４９５万円 -> 配分額２２０万円
２００２年に完成したTibet-IIIの維持運転・高感度化費用の一部に
使用した。
旅費： 申請額３６４万円 -> 配分額１６５万円
宇宙線研でのグループミーティング（２５人程度）開催/１－２ヶ月
宇宙線研での解析ミーティング/必要な時
The Tibet ASγ Collaboration
Papers (in refereed journals):
•
Observation of the Multi-TeV Cosmic-ray Anisotropy Due to the
Terrestrial Orbital Motion around the Sun in Tibet, PRL, 93, 061101,
(2004)
•
Automatic analysis of the emulsion chamber using the image scanner
applied to the Tibet hybrid experiment, NIM, A523, 193, (2004)
International Conference/Proceedings:
•
28th International Cosmic Ray Conference (Tukuba, Japan 2003)
Rapporteur talk paper : 1
•
COSPAR2004 (Paris, France 2004)
Talks & Poster Sessions : 4
研究目的
大気チェレンコフ望遠鏡と相補的な
広視野（約２sr）連続観測高エネルギー宇宙線望遠鏡
3～100TeVの高エネルギーガンマ線放射天体の
探索、1014 ～1017の一次宇宙線の観測から、
宇宙線の起源、加速機構の研究を行う。
太陽活動期における“太陽の影”
（太陽による宇宙線の遮蔽効果）を観測し、
太陽近傍および惑星間磁場の大局的構造を知る。
Collaborators
The Tibet ASγ Collaboration
M. Amenomori 1 , S.Ayabe 2 , S.W. Cui 3 , Danzengluobu 4 , L.K. Ding 3 , X.H. Ding 4 , C.F. Feng 5 , Z.Y.
Feng 6 , X.Y. Gao 7 , Q.X. Geng 7 , H.W. Guo 4 , M. He 5 , K. Hibino 8 , N. Hotta 9 , H.B. Hu 3 , J. Huang 9 ,
Q. Huang 6 , H.Y.Jia 6 , F.Kajino 11 , K. Kasahara 12 , Y. Katayose 13 , K.Kawata 11 , Labaciren 4 , C.L.
Lan 3 , G.M. Le 14 , J.Y. Li 5 , H.Lu 3 , S.L. Lu 3 , X.R. Meng 4 , K. Mizutani 2 , J.Mu 7 , H. Nanjo 1 , M.
Nishizawa 15 , M. Ohnishi 10 , I. Ohta 9 , T. Ouchi 10 , S. Ozawa 9 , J.R. Ren 3 , T. Saito 16 , M. Sakata 11 ,
T. Sasaki 8 , M. Shibata 13 , A. Shiomi 10 , T. Shirai 8 , H. Sugimoto 17 , K. Taira 17 , M. Takita 10 , Y.H.
Tan 3 , N.Tateyama 8 , S. Torii 8 , H. Tsuchiya 10 , S.Udo 2 , T. Utsugi 8 , B.S. Wang 3 , H. Wang 3 , Y.G.
Wang 5 , L. Xue 5 , X.X. Zhou 6 , X.C. Yang 7 , Y. Yamamoto 11 , Z.H.Ye 14 , G.C.Yu 6 , A.F. Yuan 4 , T.
Yuda 18 , H.M. Zhang 3 , J.L. Zhang 3 , N.J. Zhang 5 , X.Y. Zhang 5 , and Zhaxisangzhu 4
1 Department of Physics, Hirosaki University, Hirosaki 036-8561, Japan
2 Department of Physics, Saitama University, Saitama 338-8570, Japan
3 Laboratory of Cosmic Ray and High Energy Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
4 Department of Mathematics and Physics, Tibet University, Lhasa 850000, China
5 Department of Physics, Shangdong University, Jinan 250100, China
6 Institute of Modern Physics, South West Jiaotong University, Chengdu 610031, China
7 Department of Physics, Yunnan University, Kunming 650091, China
8 Faculty of Engineering, Kanagawa University, Yokohama 221-8686, Japan
9 Faculty of Education, Utsunomiya University, Utsunomiya 321-8505, Japan
10 Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, Kashiwa 277-8582, Japan
11 Department of Physics, Konan University, Kobe 658-8501, Japan
12 Faculty of Systems Engineering, Shibaura Institute of Technology, Saitama 330-8570, Japan
13 Faculty of Engineering, Yokohama National University, Yokohama 240-8501, Japan
14 Center of Space Science and Application Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China
15 National Institute for Informatics, Tokyo 101-8430, Japan
16 Tokyo Metropolitan College of Aeronautical Engineering, Tokyo 116-0003, Japan
17 Shonan Institute of Technology, Fujisawa 251-8511, Japan
18 Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Nagoya 464-8601, Japan
Our site : Tibet
Yangbajing , Tibet, China
90゜53E, 30゜11N, 4,300 m a.s.l. (606g/cm2)
Tibet III (37000m2)
Yangbajing (4300a.s.l.=606g/cm2), Tibet, China
Tibet-III (37000m2)
Total 733 detectors
Mode Energy
~3 TeV
Angular Resolution
~0.9 deg @3TeV
Trigger Rate
~1500 Hz
Operation
November 2002 ~
Mrk421
~1000 days
北天探査（最頻エネルギー約２TeV）
Tibet-HD (555.9
days)
Crab
0.1°刻み ２,１６０,０００（３６００ｘ６００）点
Crab
Ｄｅｃ．
Ｒ．Ａ．
Tibet-III (456.8 days)
HD + III
Crab
Mrk421
北天TeVガンマ線 90%フラックス上限値
Draft in preparation
2-3 TeV
Milagrito U.L.90% （2001）
Crab
AIROBICC U.L.90% （2002）
1.3-2.5Crab@15-25TeV
10-１６TeV
Tibet 5.0 σ
Whipple（１９９８）
Milagro（2004） 6.0σ
This Work
Milagro U.L.95% （2004）
（95%U.L. ≒ 1.28 x 90%U.L）
推定
Milagro U.L.90%
Crab
Tibet 2.5 σ
This Work
イベント天頂角＞6.8 度制限のため
TIBET Hybrid Experiment
How to obtain proton spectrum?
1996-1999 DATA
AS+ECfamily matching event
ANN
(Eg,Ng,< R >,<ER>,sec(θ), Ne )
(Correlations)
Data: ~200 ev.
Location(x, y)
Direction(θ, f)
Time (t)
EC(g family)
○
○
×
Measurement Parameter
Eg,Ng,< R >,<ER>,sec(θ)
Proton
identification
~100 ev.
AS
○
×
○
Ne
E0
BD
△
○
○
Nb
Primary proton spectrum
(analyses based on Corsika_QGSJET )
All
Preliminary
Proton
KASCADE (P)
Present Results
-3.11
-3.13
(KASCADE data: astro-ph/0312295)
Primary proton spectrum
(analyses based on Corsika_SIBYLL )
All
Preliminary
Proton
Present Results
KASCADE (P)
Primary All - (P+He) component
(analyses based on Corsika_QGSJET )
Tibet
Preliminary
KASCADE
Primary All - (P+He) component
(analyses based on Corsika_SIBYLL )
Tibet
KASCADE
Preliminary
Summary (Draft in preparation)
( 1 ) Steepening of the proton energy spectrum
in the knee region is observed.
power index= ~ -3.1 + ~ 0.15 above 500TeV
cf. Gaisser line (-2.74)
(
Interaction
Primary
&
dependence
Composition Model
) = 0.07 < s
stat.
( 2 ) Comparison with direct measurement suggests the
break point of protons exists around a few 100 TeV.
The knee of all particle spectrum (3-5PeV) is
NOT composed of P + He component.
The anisotropy at the solar time frame
• Compton - Getting effect
(Compton, A. H., Getting, I. A. 1935, Phys.
Rev. Let. 47, 817-821)
地球の公転運動によって
生じる見掛けの
宇宙線強度異方性
CG ( t )  ( 2  g )
(2  g )
v
v
cos( t )
c
 0 . 05 %
c
– エネルギーに依存しない
– TeV領域より下では太陽活動に邪魔
されて観測できない？
Dt
Dt
CG effect (Nov1999 – Nov2003)
PRL 93，
061101,(2004)
~3x1010 EV in Total
Some other effects at low energies?
Differential
Integral
Data-CG
CG expected:
---
Cosmic Ray Anisotropy at Sidereal
Time (Draft in preparation) 1999Nov-2003Nov
918 live days
~3x1010 ev
Differential
Integral=
(Physical
Quantity)
Sidereal Time Anisotropy
Fourier First Harmonics
F
Declination Dependence of
Amplitude
All
Dec
Dec
Dep
惑星間磁場
太陽の影
宇宙線は太陽によって遮蔽される。
正電荷をもった宇宙線は
太陽磁場、惑星間磁場によって
曲げられ、観測される“へこみ”は
磁場の変動によって“移動”する。
太陽活動は１１年周期で極大期を迎え、
磁場の変動も活発になる。
この“へこみ”の“移動”を観測すること
によって、太陽磁気圏の大局的磁場構造
を知ることができる。
19
90
_
19 Jan
90
19 _Ju
91 l
_
19 Jan
91
19 _Ju
92 l
_
19 Jan
92
19 _Ju
93 l
_
19 Jan
93
19 _Ju
94 l
_
19 Jan
94
19 _Ju
95 l
_
19 Jan
95
19 _Ju
96 l
_J
19 an
96
19 _Ju
97 l
_
19 Jan
97
19 _Ju
98 l
_J
19 an
98
19 _Ju
99 l
_
19 Jan
99
20 _Ju
00 l
_J
20 an
00
20 _Ju
01 l
_
20 Jan
01
20 _Ju
02 l
_J
20 an
02
_J
ul
Sunspots #
Monthly Sunspots 1990-2002
250
Tibet-I
Tibet-II
200
Date
Tibet-III
Tibet-II HD
150
100
50
0
25
太陽の影の年次変化（1996−2003）, 10TeV
26
Physics with Tibet-III
2
(37000m )
• Primary : All particle 1016-1017 eV
(consistency with UHECR)
Modulation , Anisotropy
• γ：
Unknown DC & AC sources
(～0.5crab/yr@5σfor DC)
Crab multi-10 TeV γ （IC or π0）
Single Counter Trigger mode
(sub100GeV GRB with GLAST)
Long-term AGN Observation
• Sun :
Solar Cycle 24
• Etc…