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CTA で目指すガンマ線バースト のサイエンス：（超）遠方宇宙

CTA で目指すガンマ線バースト のサイエンス：（超）遠方宇宙. 井上進 　( 京大理 ). CTA PHYS work package: subtasks. Current mailing list members:. GRB subtask in WP PHYS. Asano, Katsuaki Falcone, Abe Granot, Jonathan (Yoni) Hinton, Jim Horns, Dieter Inoue, Susumu Inoue, Yoshiyuki Ioka, Kunihito Kakuwa, Jun

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CTA で目指すガンマ線バースト のサイエンス：（超）遠方宇宙

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Presentation Transcript

  1. CTAで目指すガンマ線バーストのサイエンス：（超）遠方宇宙CTAで目指すガンマ線バーストのサイエンス：（超）遠方宇宙 井上進　(京大理)

  2. CTA PHYS work package: subtasks

  3. Current mailing list members: GRB subtask in WP PHYS Asano, Katsuaki Falcone, Abe Granot, Jonathan (Yoni) Hinton, Jim Horns, Dieter Inoue, Susumu Inoue, Yoshiyuki Ioka, Kunihito Kakuwa, Jun Lamanna, Giovanni Markoff, Sera Murase, Kohta O’Brien, Paul Raue, Martin Ryde, Felix Tam, P. H. Thomas Teshima, Masahiro Toma, Kenji Torres, Diego Wagner, Stefan Wijers, Ralph Yamazaki, Ryo Zech, Andreas 23人中9人(task leader3人中1人)が日本人

  4. 宇宙最大・最強・最速の爆発 宇宙最遠方の天体 long GRB (T>~2s): 大質量星崩壊時に超相対論的速度ジェット発生 ジェット内部から即時放射＋外部衝撃波から多波長残光放射 ガンマ線バースト (GRB) adapted from Meszaros 01 中心駆動天体？　ジェット形成機構？　粒子加速・放射機構？ 異なる種族 (short GRB, T~<2s) の起源？　宇宙論的進化？ 宇宙で最も謎めいた天体の一つ

  5. GRB vs Crab Gehrels+ 09

  6. Fermi観測結果 GRB vs Crab • 明るいGRBで • 即時GeV放射 prompt -　MeVの延長上 少なくとも 10-30 GeVまで - GeV超過成分 ある場合も - long (数100s)、 short (数s) 双方で Gehrels+ 09

  7. Fermi観測結果 GRB vs Crab • 数ksまで • GeV残光放射 ∝　t-1.2-t-1.5 • 大半のGRBで • GeV即時＋残光 • 　あると考えて • 　無矛盾 afterglow (2.5 hr) • しかし>GeVの • 光子統計不充分 • 物理について • 多くの点が謎 Gehrels+ 09

  8. 1. 10 GeVに迫るエネルギー閾値 (<<現行IACT) -> 宇宙背景放射光 (EBL) によるgg吸収を受けにくい CTAによるGRB観測 2. 高速指向性能：180deg/20sec for LST (MAGIC2と同等) -> long GRBの即時放射中に観測開始 3. 莫大な有効面積：>104m2@30GeV (Fermiの1万倍) -> 圧倒的な光子統計、詳細なスペクトル・時間変動の情報 Abdo+ 09 Fermi LAT GRB 080916C >100 MeV > 10 GeV photon Fermi数発 -> CTA 数万発！ >1GeV

  9. GRBの起源 CTAによるGRB観測で目指すサイエンス - 放射体運動速度の確実な測定（内部gg吸収カットオフ） • 即時放射機構、残光の物理の解明 • （多波長スペクトル・時間変動） Fermiとの同時観測 宇宙線の起源 • 最高エネルギー宇宙線・高エネルギーn生成の兆候 • （陽子・原子核シンクトロトロン、カスケード成分…） TA/Auger/JEM-EUSO, IceCube/KM3NeTとのシナジー 観測的宇宙論 • 遠方宇宙背景放射の精査（gg吸収カットオフ） • 銀河間弱磁場の精査（pair echo/halo=二次ガンマ線） -> 後述 基礎物理学 • Lorentz不変性破れ、新粒子への制限…

  10. gamma-ray absorption:probe of diffuse radiation fields g + g→ e+ + e- e E threshold condition: E e (1-cos q )>2 me2c4 s peak ,, =4 me2c4 Costamante et al 03 e.g. TeV + 1eV (IR) 100 GeV + 10 eV (UV) probe of local IRB from gg absorption in TeV blazars Extragalactic Background Light blazar IACT VHE EBL e+ e- from M. Teshima

  11. Abdo+ arXiv:1005.0996 highest energy photons from each source vs EBL models (t=3) EBL constraints from Fermi higher EBL models ruled out for z<4.3

  12. Yoshi Inoue+ in prep. cosmic star formation rate vs models highly uncertain at high-z, especially in the reionization era

  13. Franceschini extended emission @1ks, 10 min exposure CTA observations of GRB 080916C at z=4.35 censored due to authoritarian policies

  14. Gilmore EBL extended emission @1ks, 10 min exposure CTA observations of GRB 080916C at z=4.35 クエーサーの寄与も censored due to authoritarian policies スペクトル時間変動から内部吸収カットオフと区別

  15. Yoshi Inoue+, in prep.  optical depth: comparison

  16. Yoshi Inoue+, in prep.  optical depth: comparison large differences at 10-100 GeV -> distinguish by GRB obs. cosmic dawn: valuable info on early star form. & cosmic reion. synergy with LOFAR, SKA, ALMA, JWST, Subaru/TMT, IXO…

  17. GRB alert rate (instrument, z-dep.) GRB detection rate estimates EBL attenuation (E, z-dep.) × zenith angle range (E-dep.) slewing+detection efficiency × × duty cycle × Swift or SVOM alert E>20 GeV: 300/yr x0.95(z<5) x0.1(<25deg) x0.1 ~ 3/yr E>50 GeV: 300/yr x0.3-0.7(z<1.5-3) x0.3(<45deg) x0.1 ~ 3-6/yr z>5: 300/yr x(0.05-0.1) x <0.3 x0.1 ~< 0.5-1/yr prompt (tobs>100s) : ~1/2 of above detailed evaluations: Kakuwa et al., in prep.

  18. CTAによるGRBのサイエンス • GRBは宇宙で最も謎めいた天体の一つ まとめ • CTAによる>10 GeVガンマ線観測で新境地開拓 • Fermiに比べ有効面積>104倍　　　　　　　（が視野は1/100）　　　　　　　　 • 予想検出数は年間当たりGRB数発 • がGRB毎の詳細なスペクトル・時間変動データ • 多様なサイエンス： • GRBの起源、宇宙線の起源、観測的宇宙論、基礎物理学… • 観測的宇宙論に重要な貢献： • gg吸収から遠方UV背景放射の精査 • （宇宙星+BH形成史、宇宙再電離・初代星） • 日本がサイエンスを主導： • LST（大口径望遠鏡）チーム、MCグループと連携

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