研究歴
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- まとも えんの
- 5 years ago
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1 天文学以外の Space を利用した MeV ガンマ線観測 岩石惑星 Primordial BH 太陽 ( ガンマ線 中性子 ) 極域電子降下 27/02/2017 京大谷森達, 高田淳史他宇宙線研究室 MeVガンマ線グループ所属 : 京都大学大学院理学研究科物理学 宇宙物理学専攻京都大学宇宙総合学研究ユニット
2 幾何光学によるイメージング分光 電波 可視光 ~X 線など電磁波は屈折と反射が可能 ( レンズ 反射鏡 ) 幾何光学 : 入射方向の 2 つの角度 θ φ を 2 次元面の座標 (x y) への変換 θ レンズ f(θ, φ) = x g(θ, φ) = y R( 距離 ) φ 光度 I は R によらず一定!dΩ の光線数不変 y A B x 幾何光学では光を集光 光源 A, B を弁別可 ( 光度を定義可 ) 画像のボヤケ度合いを幾何光学に基づき定量評価することが重要! Point Spread Function (PSF) 幾何光学 イメージング分光の基本 PSF で情報 ( 光線 ) の弁別を定量評価可 (A と B が混じらない )
3 1 mcrab は実現可能 革新的なMeV γ 天文学には感度 (significance) ~10-13 erg cm -2 s -1 /5 年 -> COMPTELの500 倍 Significance EA S ( 2 EA S + BG θ ) 雑音が卓越 2. Significance EA S θ (EA BG) S: シグナル量 θ: PSF 我々の ETCC 計画 有効面積 (EA) ~ 約 200 cm 2 可能! 低雑音 (BG) 宇宙背景ガンマ線 (PSF, de/dx, 運動学試験 ) 可能! PSF θ= 1~2 o が不可欠 2 次元 PSF により初めて X 線同様のイメージング分光が可能 An Electron-Tracking Compton Telescope for a Survey of the Deep Universe by MeV gammarays T.Tanimori et al. ApJ 810 (2015) Establishment of Imaging Spectroscopy of Nuclear Gamma-Rays based on Geometrical Optics T.Tanimori et al. Scientific Reports 7, 41511; doi: /srep41511 (2017). First On-Site True Gamma-Ray Imaging-Spectroscopy of Contamination near Fukushima Plant, D.Tomono et al.scientific Reports 7, 41972; doi: /srep41972 (2017). 検出感度 3
4 イメージング分光計測 ( カラー撮像 ) ETCC 空 A A+B+C=a+b+c 画像から線量計算が可能! A a 線量計 γ 線エネルギー XX µsv/h B b a + b + c C γ 線エネルギー B C γ 線 c γ 線エネルギー γ 線エネルギー セシウム 137 地面
5 Tomono et al., (2017), Scientific Reports ETCC 福島調査 ( 未除染区域 ) 可搬型 ETCC 検出面積数 mm 2 PSF ~15 o
6 JAXA KAGUYA 衛星 惑星は強いガンマ線源宇宙放射の 10 倍以上強いガンマ線放射
7
8
9 PSF 数度
10 Noise Reduction by Imaging Spec. FoV 4sr(~60 o Radius)PSF 5 o FoV 0.02sr BG~1/150 Scattered gamma in Air 137 Cs point source Objects Ω PSF 15 o ETCC 4πsr 22 Na (27 kbq, 511 kev) 5.5m 8x10-5 μsv/h (1/1000 of Environmental radiation) Tanimori et al., ApJ (2015)
11 τ Primordial Black Holes in Solar System de g 10 g ~ 10 erg s 10 g d ω ~ 100 MeV t M M Primordial B.H. still surviving would emit ~20MeV thermal M~ g, ~ erg/s 3 3 M 10 M ~ ~ 10 yr 15 Density ~10 4 pc -3 (flat 分布で ) 10 4 pc -3 -> ~10 BH <Oort cloud (10 4 AU) Condensation Factor in Galactic halos x ~10 6 => 100AU 球に ~10BHs Satellite-ETCC γ 線 10 個 (1MeV)s for erg/s BH が 10 6 s の間同じ天球位置として 検出限界 100γ@10 6 s この場合 300AU の BH まで観測可能数 10 個の BH が見える さらに太陽系の増幅効果 ディスク ( 黄道面 ) 分布 太陽近傍集中 1 桁以上の増加 さらにコメット軌道 ( 数日 明るい )
12 SMILE Observations for Solar and Terrestrial science (Relativistic Electron Precipitaion : REP) 他の惑星にも REP はある 惑星の雷現象も観測できる SEP, CME (p,e) g Line-g (hadron process) n e n SMILE ( 広視野核ガンマ線カメラ ) 太陽フレアから地球大気と SEP の相互作用まで系統的な太陽 地球圏のハドロン過程が観測される!
13 Energy Depolist & Line gammas in Atmosphere J.of Geo. Res. Sp. Phys Tsurutani, Tanimori Takada et al. Energy loss of REP 極域での NO x の生成原因かも オゾンホール発生原因 SMM observation Atmospheric gammas in Solar events and Quiescent season Gerald et al J. of Geo. Res. (2001) Solar energetic particle Cosmic ray in quiescent Cosmic ray in quiescent Solar energetic particle (ion) in Solar events 最も強い MeV ガンマ線源 ( 普段は雑音 ) SEP のスペクトルが宇宙線と比べかなりソフト imaging at the impact point of SPE on the Atmosphere が指摘されている!
14 Imaging Observation of REP in Antarctic L=3 BARREL L=7 SMILE-III
15 SMILE-II+ 以上 Solar Observation Rhessi SMILE-III Rhessi ~100cm Ge But No shield + no real imaging 全方向から雑音 >1KHz (E γ >100keV) Solar UK Research Facilty SMILE III Imaging with 5 o 直径有効面積同程度 しかし立体角 10-3 ( 有効面積 :80cm 2 ~1Hz >100keV 5 o 径 ) 観測時間同じで2 桁 長時間観測 (10 5 秒以上 ) で4 桁弱いフレアを検出 Line γ 線 : REHSSI:Ge 3keV@1MeV しかし511keV 2.2MeV 以外は10-30keVの幅 ) SMILE-II+ 以上 GAGG 30keV@1MeV しかし雑音 10-3 大半のLine γ 線 2 桁感度改善
16 GeV emission from Quiet Sun (Fermi) MeV でも十分同様な Extended は見えるはず
17 Summary 核ガンマ線でも X 線 光学同様イメージング分光が実現 1mCrab 以下の感度達成技術 基本的に確立 今は Universe 以外に Space ( 地球 太陽系 ) も考えないと宇宙科学としての発展は容易でない また核ガンマ線は惑星科学 太陽観測 地球観測など Space サイエンスに新しい展開を与えられ 充分興味を持てる 京大では 宇宙総合学ユニットが基盤事業に発展 有人宇宙学を創設し その一環として惑星探査が重要
18 rizon 50 (FOV limit) ETCC( 除染区域 ) 1m 線量 Tomono et al., (2017), Scientific Reports
19 新技術でのガンマ線像 ガンマ線 従来技術でのガンマ線像 ピンホール 計算機上で集光 レンズ ( 集光装置 ) ガス検出器 ( 散乱体 ) 谷森達, 高田淳史 ( 京都大学 ) 電子 シンチレーション検出器 ( 吸収体 ) ETCC 初期の画像 新技術のぼけ : 約 1 度まで改善可能 従来技術のぼけ (A,B が混じる ) 大きさは原理的で改善困難 ピンホールからレンズ付きカメラへの進化 ウサギ A B マウス
イメージング分光によるMeVガンマ線天文学の展望
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