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

1. 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γ線エアシャワー地上観測のシミュレーション ~CANGAROOⅢ望遠鏡の拡張~ 塩田了

2. 実験目的 • 現在TeV~100GeVオーダーの超高エネルギーγ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遠鏡の系を大きくするか、高地観測を行う。 • CANGAROOⅢ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度のメリットが生じるかをシミュレートする。 CO smic R ay SI mulations KA scade for CORSIKA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。

3. 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 かに星雲 陽子 γ線 • 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。 高エネルギー天体

4. 高エネルギー宇宙線によるエアシャワー

5. 超高エネルギーγ線によるエアシャワー 超高エネルギーγ線

6. 超高エネルギーγ線によるエアシャワー 電子 陽電子 エアシャワー

7. 高エネルギー陽子線によるエアシャワー 高エネルギー 陽子線

8. 高エネルギー陽子線によるエアシャワー π+ π0 γ π- γ e+ e-

9. １～２万m 約４００ｍ 解像型大気チェレンコフ望遠鏡 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 カメラ面上でのイメージ シャワーの発達の様子を反映 陽子 γ線 チェレンコフ光を鏡で集光 光電子増倍管で検出 形状をパラメータ化して両者を識別

10. CANGAROO-Ⅲ望遠鏡 口径10m 114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

11. これよりCORSIKAによるシミュレーション 縦軸 チェレンコフ光子密度 入射軸からの距離 横軸

12. エネルギーによるチェレンコフ光子密度の変化エネルギーによるチェレンコフ光子密度の変化 1TeV 1TeV 100GeV 300GeV 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 50GeV 50GeV

13. エネルギーによるγ対陽子のチェレンコフ光子密度の比エネルギーによるγ対陽子のチェレンコフ光子密度の比 100GeV以下の超高エネルギーγ線はフロンティア 100GeV 300GeV エネルギー(GeV)

14. 観測位置によるγ線のチェレンコフ光子密度の変化観測位置によるγ線のチェレンコフ光子密度の変化 γ線 300m 4640m

15. 観測位置による陽子のチェレンコフ光子密度の変化観測位置による陽子のチェレンコフ光子密度の変化 陽子 300m 4640m

16. 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(n/cm ) チェレンコフ光子密度(n/cm ) 10GeVγ線の図 100GeV陽子の図 • 観測高度を上げた際のチェレンコフ光子密度の上昇は、γ線の方が顕著。 入射軸からの距離(m) 入射軸からの距離(m) ― 4800m ― 2500m ― 160m

17. 直径10mの望遠鏡の真上から垂直にγ線を降らせた時カメラ像として捕らえられる確率直径10mの望遠鏡の真上から垂直にγ線を降らせた時カメラ像として捕らえられる確率 100GeV 30GeV 10GeV 4800m 65.87% 0.66% 7.04% 160m 2.92% 0.01% 0%

18. 直径10mの望遠鏡の真上から垂直にγ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平均直径10mの望遠鏡の真上から垂直にγ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平均 100GeV 30GeV 10GeV 4800m 618.14 244.00 331.19 160m 162.39 140.15

19. 結論 • CANGAROO望遠鏡を現在のWOOMERAの高度160mからチリのアタカマ高地の4800mに上げることでγ線の観測エネルギーの下限を4~5倍下げることが出来る。