高地における γ 線エアシャワー地上観測のシミュレーション

高地における高地における γγ 線エアシャワ線エアシャワー地上観測のシミュレーショー地上観測のシミュレーショ

ンン~CANGAROOⅢ~CANGAROOⅢ望遠鏡の拡張望遠鏡の拡張 ~~

塩田了塩田了

実験目的実験目的

現在現在 TeV~100GeVTeV~100GeVオーダーの超高エネルギーオーダーの超高エネルギーγγ線観測が可能。線観測が可能。

観測可能エネルギー領域を下げるためには望観測可能エネルギー領域を下げるためには望遠鏡の系を大きくするか、高地観測を行う。遠鏡の系を大きくするか、高地観測を行う。

CANGAROOⅢCANGAROOⅢ望遠鏡の拡張案のひとつとして、望遠鏡の拡張案のひとつとして、同様の望遠鏡を高地に建設した場合にどの程同様の望遠鏡を高地に建設した場合にどの程度のメリットが生じるかをシミュレートする。度のメリットが生じるかをシミュレートする。

COsmic Ray SImulations for KAscadeCORSIKAは LinuxやMAC上で動作できる宇宙線エアシャワーシミュレーションプログラムである。

様々な種類の宇宙線によって発生する２次粒子の動きやパラメータを計算できる。

ガンマ線は星間磁場の影響を受けずガンマ線は星間磁場の影響を受けず直進するため発生源の方向がわかる。直進するため発生源の方向がわかる。

陽子

γ線高エネルギー天体

かに星雲他にも活動銀河核、超新星残骸も高エネルギー γ線源と考えられる

高エネルギー宇宙線による高エネルギー宇宙線によるエアシャワーエアシャワー

超高エネルギー超高エネルギー γγ 線による線によるエアシャワーエアシャワー

超高エネルギー γ線

超高エネルギー超高エネルギー γγ 線による線によるエアシャワーエアシャワー

エアシャワー

電子陽電子

高エネルギー陽子線による高エネルギー陽子線によるエアシャワーエアシャワー

高エネルギー陽子線

高エネルギー陽子線による高エネルギー陽子線によるエアシャワーエアシャワー

π-

π+

π0

γγ

e+ e-

解像型大気チェレンコフ望遠鏡解像型大気チェレンコフ望遠鏡

カメラ面上でのイメージ

γ線 陽子約４００ｍ

１～２万m

チェレンコフ光を鏡で集光光電子増倍管で検出

200GeV～数 10TeVの天体ガンマ線観測超新星残骸、パルサー星雲、活動銀河核など

形状をパラメータ化して両者を識別

シャワーの発達の様子を反映

CANGAROO-ⅢCANGAROO-Ⅲ 望遠鏡望遠鏡口径 10m114枚の鏡

光電子増倍管を並べた解像型カメラリモートコントロール

2-4号機のカメラ　直径 3/4インチ PMT427本

これよりこれより CORSIKACORSIKA によるによるシミュレーションシミュレーション

入射軸からの距離

チェレンコフ光子密度

横軸

縦軸

エネルギーによるエネルギーによるチェレンコフ光子密度の変化チェレンコフ光子密度の変化

エネルギー 3倍で大体一致 γ線に比べてエネルギーによる変化の幅が大きい

1TeV

50GeV

1TeV

50GeV

300GeV100GeV

エネルギーによるエネルギーによる γγ 対陽子のチェレ対陽子のチェレンコフ光子密度の比ンコフ光子密度の比

エネルギー (GeV)

300GeV

100GeV100GeV以下の超高エネルギー γ線はフロンティア

観測位置による観測位置による γγ 線の線のチェレンコフ光子密度の変化チェレンコフ光子密度の変化

300m

4640m

γ線

観測位置による陽子の観測位置による陽子のチェレンコフ光子密度の変化チェレンコフ光子密度の変化

300m

4640m

陽子

観測位置による観測位置によるチェレンコフ光子密度の変化チェレンコフ光子密度の変化

観測高度を上げた際のチェレンコフ光子密度の上観測高度を上げた際のチェレンコフ光子密度の上昇は、昇は、 γγ線の方が顕著。線の方が顕著。

100GeV陽子の図

入射軸からの距離 (m)

チェレンコフ光子密度(n

/cm

)

2

チェレンコフ光子密度(n

/cm

)

2

10GeVγ線の図

入射軸からの距離 (m)　― 4800m　― 2500m　― 160m

直径直径 10m10mの望遠鏡の真上からの望遠鏡の真上から垂直に垂直に γγ 線を降らせた時線を降らせた時

カメラ像として捕らえられる確率カメラ像として捕らえられる確率

100GeV 30GeV 10GeV4800m

160m

65.87%

2.92%

7.04% 0.66%

0.01% 0%

直径直径 10m10mの望遠鏡の真上から垂直の望遠鏡の真上から垂直にに γγ 線を降らせた時カメラ像として線を降らせた時カメラ像として捕らえられるチェレンコフ光子数の捕らえられるチェレンコフ光子数の

平均平均100GeV 30GeV 10GeV

4800m

160m

618.14

162.39

331.19 244.00

140.15

結論結論 CANGAROOCANGAROO 望遠鏡を現在の望遠鏡を現在の WOOMERAWOOMERAの高度の高度 160m160mからチリのアタカマ高地のからチリのアタカマ高地の4800m4800mに上げることでに上げることで γγ 線の観測エネルギ線の観測エネルギーの下限をーの下限を 4~54~5倍下げることが出来る。倍下げることが出来る。