チャカルタヤにおける Knee領域宇宙線観測結果 BASJE 日本ーボリビア空気シャワー共同実験東工大・理垣本史雄 200６.Aug.３１st at ICRR 共同研究者（大学院生を除く) 東工大大阪市大名古屋大国立天文台理科学研究所武蔵工大 MPI 無所属 LaPaz大学 Torino大学垣本、常定荻尾松原水本、白崎田島、山田、霜田門多手島吉井，豊田、金子、後藤、西、中谷以上17名 A. Velarde、 P. Miranda 他 O. Saavedra 他 Chacaltaya山宇宙物理学研究所西経 68°08′ 南緯 16°21′ 標高 5200m = 550 g/cm2 世界最高高度 ¾AS最大発達付近での観測 ¾発達初期段階の観測 ¾銀河面の広い領域が視野 •ｴﾈﾙｷﾞｰ、到来方向決定精度が良い Nmax→E0 •低いｴﾈﾙｷﾞｰ宇宙線の観測が可能 •縦方向発達 ⇒化学組成、高エネルギー原子核相互作用 Chacaltaya山宇宙物理学研究所 1941年開所 by I. Escobar 1947年 π中間子の発見 by C.F. Powell 1959年 Moscow会議小田稔ーB. Rossiの立案 1962年空気シャワー観測 by 菅浩一ほか 1960～1966年ミューレスシャワー観測による一次宇宙ガンマ線観測（1014～1016eV）シンチレーション検出～40台ミューオン検出器～60m2 ミューオン検出器成果 RA=200～220°約３σのexcess 現在の研究テーマ一次宇宙線化学組成とエネルギースペクトラム到来方向異方性 1985年～ 1991年一次宇宙ガンマ線の観測観測対象：1014eV以上⇒1991年 6ｘ1012eV以上 1987～1990年 SN1987Aからの一次ガンマ線観測南向き斜面(傾斜30°）に4m2x12台、1m2x32台のシンチレーション検出器を設置 1014eV以上のガンマ線の検出を目的とする電子サイズ決定精度到来方向決定精度点源探査結果 LMC SAS LMC 到来方向異方性の結果(1985年以降） Vela SNR起源の宇宙線 •誕生時期 104年前 →105年前 •距離 500ｐｃ →250ｐｃ Vela 超新星残骸 B. Aschenbach et al., Nature, 373, 587 (1995) 一次宇宙線化学組成の研究（1989年以降）等頻度法による平均的縦方向発達の測定同一の頻度＝同一の一次ｴﾈﾙｷﾞｰ D1=D0 x secθ1 D2=D0 x secθ2 到着時間分布測定によるAS発達初期段階の観測 1989年～2005年 Knee領域宇宙線化学組成の研究 Detector: G G13 G9 G1 G5 +30m NT L S NT7 S16 S11 S5 S13 G10 G14 NT1 S9 NT4 G6 G2 S3 L7 L11 L3 S17 −30m NT8 S20 L4 L1 L9 S15 NT5 L6 S19 NT6 G16 G12 −30m S10 G8 ・到着時間分布 G3 ← ５成分モデル S8 S12 NT9 S4 G7 S14 空気チェレンコフ光 S7 L2 S18 G11 +30m S2 L10 G15 NT2 L5 S21 ← ２成分モデル S1 S6 L8 L12 等頻度法 NT3 G4 ・横方向分布 ← ３成分モデルＥ＞6 ＴｅＶ等頻度曲線による化学組成の検討計算：一次宇宙線は陽子と鉄の混合と仮定 log (Ne) 7.0 6.0 →Least χ2法で混合比を決定 5.0 500 Atmospheric depth 1000 2 (g/cm ) 空気チェレンコフ光到着時間分布(1995 - 1997) Lateral dist. of Cherenkov photons (2001 – 2003) − ( β + r ' ) ′ ρ (r ) = α ⋅ r ρ : Cherenkov photons ｒ： distance from the core r’ ：r /Ｒ０ (Ｒ０ =90m) Simulation CORSIKA code(v5.61) QGSJET model Proton, C, Fe CORSIKA/QGSJET simulation MAS array(2002) BASJE MAS array at Mt. Chacaltaya in Bolivia 5200m a.s.l. High energy mode ( above 1015eV) Eight Cherenkov photon detectors mV log(photons) arb. Observed event log(Ne)=6.1 β=1.29 R0=90m ns log(r) Analysis (3 species model) log(Ne) events 5.0～5.3 327 5.3～5.6 383 5.5～5.7 1260 5.7～5.9 626 5.9～6.1 293 6.1～6.3 130 6.3～6.6 74 Number of events par bin The contribution of each species was determined by a maximum-likelihood method using β- distribution for each size bin log Ne=5.5～5.7 P 0.22 C 0.45 Fe 0.33 fitting parameter β Log E (eV) エネルギースペクトラム 5 10 4 10 3 10 2 2.5 -2 -1 -1 1.5 E dN/dE (m sr s GeV ) 10 10 12 10 10 13 10 14 10 15 10 16 10 E (eV) 17 次期計画 Kneeおよびそれ以上の宇宙線起源の解明 1016eV以上の化学組成・等頻度法・空気シンチレーション光測定 ⇒ 到来方向別の化学組成、エネルギースペクトラム異方性のエネルギー依存性次期ＢＡＳＪＥ宇宙線観測 • 検出器 – 検出器間隔７５ｍ – Timing＆Density ６８台 • トリガー方式 – ４㎡の検出器１２台 any-４ • 検出面積 – １００，０００㎡超 – トリガー効率（９５～％） • イベントレート – １０４超[year－１] （１０１６～[eV]）アレイ性能基本性能トリガー効率 (~100%) 約１０１５．３eV 1016eV以上のイベント数約10,000(year) パラメータ決定精度天頂角が0°の時到来方向決定精度(open-angle) サイズ決定精度(ΔlogN) 1016eV 0.46 0.11 1017eV 0.35 0.08 等頻度法による組成比決定等頻度法のメリット天候等に影響されない１０１６．０～ｅＶのシャワーの最大発達が見えるチャカルタヤ山の大気深さ５５０ｇ/ｃ㎡空気シンチレーション光観測 Zenith 30° 30° 16° 16° 63°= 4km Air Shower Array 800m X 800m 2km 16° Air Shower Array 800m X 800m Ground