SMILE-2+軟ガンマ線望遠鏡による2018年豪州気球実験の初期解析
吉川慶 (京都大学)谷森達, 高田淳史, 水村好貴, 竹村泰斗, 中村優太,
小野坂健, 斎藤要, 阿部光, 水本哲矢, 窪秀利,
古村翔太郎, 岸本哲朗, 中増勇真, 谷口幹幸,
黒澤俊介A, 身内賢太朗B, 澤野達哉C, 小財正義D
京都大学 A東北大学 B神戸大学 C金沢大学 DISAS/JAXA
写真 : 気球放球直前 2018/4/7 @ アリススプリングス, オーストラリア
ハウスキーピングデータ
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• 装置の監視・運用に成功。• 残留大気量は予定通り要求を満たした。
搭載したセンサ類:GPS、外気圧計、容器内気圧計、ガス検出器圧力計、傾斜計、磁場センサ、温度計
検出レートの時間変化
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気球実験中、検出器は計画通りの検出レートで、安定に動作した。
ETCC 検出 = ガス飛跡検出器とシンチレーション検出器の同時検出
実験前のETCC予測検出レート = 500 Hz
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検出器底面
検出器上面
30 cm
pair creation-like
cosmic ray-like shower event
electron-like
30 cm
荷電粒子の飛跡
ETCCデータの解析方法
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事象の選別条件
1. single scintillator hitの事象
2. 有効体積内に散乱点がある事象
3. fully contained e- の 事象
4. α角によるCompton散乱事象の選択
• シンプルなセレクションのみ
• ガンマ線vetoが必要ない
検出できるガンマ線事象は2通り
今回は single hit event のみ
割合(カットなし) 3 : 2
水平飛翔時の解析
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1. single scintillator hitの事象
2. 有効体積内に散乱点がある事象
3. fully contained e- の 事象
4. α角によるCompton散乱事象の選択
5. zenith angle 0 – 60°
2桁のノイズ除去ができた。
第1回気球実験 SMILE-Iとコンシステント
Takada et al., ApJ (2011)
4/7 8:45 - 4/8 4:05
livetime 5.8 x 10⁴ sec
Raw 1.7 x 10⁷ events
22.4%
10.3%
2.3%
1.2%
0.5%
エネルギースペクトル
preliminary
ガンマ線強度の残留大気圧依存性
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ガンマ線候補事象のレート
0
4
8
12
事象
数/
livetim
e[c
ounts
/sec]
Local time
15:004/83:00
4/73:00
検出レートの高度依存性はモデルと無矛盾
growth curve
3 10 100atmospheric depth [g/cm²]
[counts
/sec/s
r]
5
1
0.5
Lingモデルをスケールenergy = 300 keVzenith angle = 0°Ling, JGR (1975)
SMILE-2+実測zenith angle = 0 - 20°
高度が大きく変化したデータを利用(上昇中3時間分)
preliminary
preliminary
0.5
SMILE-Iとの比較
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SMILE-Iとの比較• 有効面積 100倍• 事象数 500倍 (水平飛翔)• 低大気圧 ~3 g/cm²
宇宙拡散ガンマ線フラックス
3 10 100atmospheric depth [g/cm²]
今後の解析で、宇宙拡散ガンマ線を精度よく決める。
TotalCosmicAtmospherice+ e- annihilationBackground
1
SMILE-2+5
[counts
/sec/s
r]
flux [
photo
ns/s
ec/s
r/cm
²/keV
]
10-3 SMILE-I
takada et al., ApJ (2011)
3 10 100atmospheric depth [g/cm²]
10-5
10-2
flux [
photo
ns/s
ec/s
r/cm
²/keV
]
preliminary
[MeV]1010.1
takada et al., ApJ (2011)
10-4
10-6
10-8
SMILE-ICOMPTEL 9年
まとめ
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• SMILE-2+の目的は天体観測によるイメージングの実証
• 2018年4月にオーストラリアで気球実験を実施し、
高度~40 kmで26時間の水平飛翔に成功した。
• 銀河中心領域を>8時間、かに星雲を6時間の観測ができた。
• 飛翔中、装置は安定に稼働した。
• これまでに得られた結果は過去の文献と無矛盾。
• 今後、Double hit事象の解析法の確立や、シミュレーショ
ンによる検出器レスポンスの構築を行い、天体解析へと進
めていく。
Zenith Angle Dependence of Energy Spectra
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zenith angle0 - 60°
60 - 180°
ガス飛跡検出器のノイズ
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strip number
counts
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検出器の利得変化
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ガス飛跡検出器 シンチレーション検出器
宇宙線候補事象の
エネルギー損失率から補正
偶然同時事象を用いて
電子・陽電子消滅線で補正
09:00 21:00 09:00 09:00 21:00 09:00
local time
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
A.
U.
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0A.
U.
HV変更
時間による利得変化を補正できた。
• かに星雲 ~6時間• 銀河中心領域 >8時間
JAXA
~150 m
望遠鏡装置
天体の観測、装置の回収に成功
4/7 6:24 放球
4/9 装置の回収
約1000 kmの飛翔経路
フライトの概要
100 km
放球地点
至 エアーズロック回収地点
水平飛翔 26時間
JAXA気球グループの運用
SMILE-2+ ゴンドラ
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衝撃吸収材 バラスト箱
GPS アンテナ磁気姿勢計
MLI
重量 511 kg消費電力 214 W姿勢制御なし姿勢センサー ~1°
~2 m
検出器 (ETCC)
電池 & CPUs
~1 m
気球実験 SMILE-2+
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目的 : 明るい天体の観測によるイメージングの実証
観測天体 : 銀河中心領域からの電子・陽電子対消滅線
かに星雲
検出有意度>5σのための要求 :
• 高度 : ~39 km (残留大気量 ~3.5 g/cm²)
• Half Power Radius : ~10°
• エネルギー範囲 : 0.3 – 1.5 MeV
• 有効面積 : 数 cm²
• 銀河中心領域 >6時間
• かに星雲 ~6時間
オーストラリア