10TeVまでの宇宙線陽子スペクトルを高精度測定

・CALET、10テラ電子ボルトまでの宇宙線陽子スペクトルを単独高精度測定
アストロアーツ5月15日付記事、元は早稲田大学とJAXAです。
http://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/10628_cosmicray

概要＞国際宇宙ステーションの「きぼう」日本実験棟に設置されている宇宙線電子望遠鏡「CALET」が、単一測定器としては初めて50ギガ電子ボルトから10テラ電子ボルトまでのエネルギー領域における宇宙線陽子スペクトルの高精度直接観測に成功した。

＞高エネルギーの陽子や電子の流れである宇宙線は、太陽や天の川銀河など様々なところからやってきて地球に大量に降り注いでいる。そのなかで銀河宇宙線の起源については、「超新星残骸の衝撃波によって加速されて高エネルギーとなり、銀河磁場による拡散的伝播で銀河外へ漏れ出す」という標準モデルが考えられている。

銀河宇宙線の起源の前半「超新星残骸の衝撃波によって加速されて」ですが、衝撃波面の内側と外側で弾かれて何度も面を行き来するうちに加速されるということです。
後半ですが、銀河系には全体を渦状に貫く大きな磁場があり、磁力線の向きは隣どうしの渦状腕で反転していて、全体として磁力線が1本の腕から流れ込み隣の腕から流れ出すような渦巻形となっています。
そうすると、「銀河磁場による拡散的伝播で銀河外へ漏れ出す」というのは、円盤部で渦状腕に沿って外側に漏れ出すということなのだと思います。

＞大気に衝突する前の宇宙線はこれまで、気球や人工衛星などによって観測されてきた。2015年8月に国際宇宙ステーションの「きぼう」日本実験棟に設置された宇宙線電子望遠鏡「CALET」もそうした装置の一つで、広いエネルギー測定範囲と確実な装置較正を備えているという特長を持つ。

CALETは、高エネルギー電子・ガンマ線観測装置(Calorimetric Electron Telescope)の略です。
「きぼう」の船外実験プラットフォームに設置され、非常に高いエネルギーの電子やガンマ線、陽子・原子核成分を高精度で観測できるとのことです。
http://iss.jaxa.jp/kiboexp/equipment/ef/calet/

＞早稲田大学の浅岡陽一さんたちの研究チームは「CALET」が3年間で取得したデータから、50ギガ電子ボルトから10テラ電子ボルトでの宇宙線陽子スペクトルを調べた。従来は複数の測定方法によって得られていた、比較的大きなばらつきがあったデータを、単一測定器によって高精度に測定することに初めて成功した結果となる。

1電子ボルト(electron volt)は、エネルギーの単位で、記号はｅＶです。
電子が1Ｖの電位差により得るエネルギーが、1電子ボルトとなります。
この際、SI接頭辞の復習をしておくと、1000倍がキロkilo、100万倍がメガmega、10億倍がギガgiga、1兆倍がテラtera、1000兆倍がペタpetaです。
ちなみに、電子の質量はエネルギー換算で約0.5ＭｅＶ（メガ電子ボルト）、陽子の質量は約938ＭｅＶです。

ここで、アストロアーツ掲載の「宇宙線陽子スペクトル」のグラフをご覧ください。
横軸が運動エネルギー（ギガ電子ボルト）で、目盛は10ギガ電子ボルトから100テラ電子ボルトまでありますが、範囲を示す灰色の帯は50ギガ電子ボルト〜10テラ電子ボルトとなっています。
縦軸は流束を表しますが、「エネルギーが大きくなるにつれ急激に小さくなる流束のスペクトル構造を詳細に調べるため、縦軸にはエネルギーの2.7乗が積算されてい」ます。

＞近年の観測研究により、陽子スペクトルには、エネルギーに対する流束の減少割合が減っていく「スペクトル硬化」という変化が見られることが知られている。今回の結果はその現象を幅広い範囲で高精度に裏付けるものとなっている。

「縦軸にはエネルギーの2.7乗が積算されて」いるので、グラフがほぼ水平となっているのは「スペクトル硬化」を意味しています。

＞今後はさらに高エネルギー側の宇宙線スペクトルの決定が進められ、超新星残骸による加速モデルの検証や限界の見積もりが研究されていく。また、CALETが取得した信頼性の高い宇宙線陽子スペクトルは、暗黒物質の間接探索や大気および宇宙ニュートリノ、ガンマ線天文学にも使用される重要なデータとして活用されることも期待される。

天文学の多くの分野でCALETのデータが活用されることを期待します。


★　体調の悪い日があって投稿できなかったのですが、復調後もズルズルとサボリが続いてしまいました。