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CTA 試作望遠鏡で「かに」星雲のガンマ線検出に成功

2020-06-02

チェレンコフ望遠鏡アレイ(Cherenkov Telescope Array、CTA)計画の試作望遠鏡のひとつである Prototype Schwarzschild–Couder Telescope(pSCT、図 1)で 「かに」星雲を観測し、そこから放射されている超高エネルギーガンマ線の検出に 8.3σの統計的有意度で成功しました(図 2〜4)。 pSCT で採用されている視野 8 度の Schwarzschild–Couder(シュヴァルツシルト・クーデ)型光学系と、シリコン半導体光検出器(SiPM)による 6 mm という小さいカメラ画素サイズを、この観測によって技術的に実証することができました。

これまで宇宙線研究部の田島宏康教授と奥村曉講師は、CTA 計画で使用される複数の望遠鏡用の装置開発とソフトウェア開発に携わってきました。 このうち pSCT の開発では、ISEE の研究グループは SiPM の開発、波形記録および読み出し回路の開発、カメラ制御とデータ収集ソフトウェアの開発、さらに望遠鏡の光学シミュレーションを進めてきました。

CTA は次世代の地上ガンマ線天文台計画で、北半球(スペイン・ラパルマ)と南半球(チリ・パラナル)の両方に建設される予定です。 100 台以上のガンマ線望遠鏡を建設し、20 GeV から 300 TeV 以上のエネルギー範囲で高エネルギー天体を観測します。

図 1:2019 年 1 月 17 日に開催された pSCT の完成記念式典の様子。米国アリゾナ州のフレッド・ローレンス・ウィップル天文台にて。(図提供:Deivid Ribeiro、Columbia University)

図 2:pSCT によるガンマ線の有意度分布。かに星雲方向(図中央)の有意度が高くなっている。(図提供:CTA/SCT Consortium)

図 3:かに星雲からのガンマ線が引き起こした大気シャワーの pSCT による観測結果。1 コマごとの明るく細い領域が、大気シャワー中の大気チェレンコフ光の撮像結果。(図提供:CTA/SCT Consortium)

図 4:視野中心方向と大気シャワーの方向とのずれ。赤線がかに星雲観測時、黒線がバックグラウンド領域観測時のもの。(図提供:CTA/SCT Consortium)