CTA報告182:
全体報告
齋藤隆之(東大宇宙線研)
他CTA-Japan Consortium

2021年秋季年会

9月14日

オンライン開催

1CTA Consortium
３1か国, >1500名
東大浅野勝晃, 阿部正太郎, 阿部日向, 粟井恭輔, 石尾一馬, 稲田知大,
CTA-Japan 約120名 宇宙線研 猪目祐介, 岩村由樹, 大石理子, Ellis R. Owen, 大岡秀行,
大谷恵生, 岡崎奈緒, 加賀谷美佳, Emil Khalikov, Xiaohong Cui,小林志鳳, Albert K. H. Kong, 齋藤隆之, 櫻井駿介, 佐野栄俊,
青山大 佐藤優理, 柴田徹, 田中周太,澤田真理, Timur Dzhatdoev, 須田祐介, Marcel Strzys, 高田順平,高橋満里, 高橋光成, 武石隆治, Thomas P. H. Tam, K. S. Cheng,,
山崎了, 吉田篤正
千川道幸, Wenwu Tian, 手嶋政廣, 野田浩司, 野村亮介,茨城大 小原光太郎, 片桐秀明,バクスター・ジョシュア・稜, 橋山和明, 林克洋, Daniela Hadasch,
野上優人, 柳田昭平, 吉田龍生
廣島渚, 広谷幸一, David C. Y. Hui, 深見哲志, 藤田裕,大阪大 井上芳幸, 松本浩典
北里大 村石浩
Ievgen Vovk, Pratik Majumdar, Daniel Mazin, 村瀬孔大, 吉越貴紀
東大理
大平豊, 鈴木寛大, 戸谷友則, 中山和則, 馬場彩
京大基研 井岡邦仁, 石崎渉
東北大
當真賢二, 林航平
京大理 岡知彦, 川中宣太, 窪秀利,
徳島大
折戸玲子
田中孝明, 鶴剛, 寺内健太,名大理
井上剛志, 立原研悟, 早川貴敬, 福井康雄, 山根悠望子, 山本宏昭
野崎誠也, ユ・ソクヒョン,李兆衡
名大ISEE 奥村曉, 黒田裕介, Anatolii Zenin, 田島宏康, 芳賀純也, 藤川由衣,
若園佳緒里
熊本大 高橋慶太郎
広大先理工 今澤遼, 木坂将大, 須田祐介, 高橋弘充, 深沢泰司
KEK素核研 郡和範, 田中真伸
広大宇宙科学センター 水野恒史
甲南大 川島翔太郎, 川村孔明,
宮崎大森浩二塚本友祐, 山本常夏
埼玉大 勝田哲, 佐々木寅旭,
山形大
郡司修一, 門叶冬樹, 中森健之
山梨学院大 内藤統也, 原敏
砂田裕志, 立石大, 寺田幸功
東海大 櫛田淳子, 佐々木陽香,
理研
井上進, Donald Warren, 榊直人, Maxim Barkov, Gilles Ferrand,
生天目康之, 西嶋恭司,
Haoning He, 長瀧重博
原田善規, 平松明秀
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立教大
内山泰伸, 林田将明
早稲田大 片岡淳CTAの性能、狙うサイエンス従来の望遠鏡よりu一桁高い感度
u一桁広い帯域(20 GeV-300 TeV)
u角度分解能～2倍(2分角@10TeV)
n 検出天体 約230個(現行)⇒1000個以上
n 最遠方 ｚ～1.1(GRB201216C)⇒ z～4 GRB等
宇宙線起源

銀河面

ブラックホール
ブラックホール
物理・ジェット
物理・ジェット形成形成
赤外・可視背景放射→宇宙の星形成史 暗黒物質対消滅γ線探索
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ローレンツ不変性検証

LST×(北4+南4)MST×(北15+南25)

23m口径

12m口径

20 GeV - 3 TeV
FOV=4.5°
完成予想図

80 GeV - 50 TeV
FOV～8°

2016年～北サイト建設
2020年～南サイト建設
2022年～天文台運用
2025年～フルアレイ観測
運用期間 ＞20年間

北：スペイン・ラ パルマ島

MAGIC望遠鏡
南：チリ・パラナル

SST×(北0+南70)
4m口径
1 TeV - 300 TeV
FOV=９～10°

https://www.cta-observatory.org/

Large Sized Telescope
大口径望遠鏡••••300 GeVの以下の低E領域を担当
Fermi-LATと相補的短時間ではLATの4-5桁高い感度
180度 / 20秒で高速回転できるのはLSTだけ• 日本チームは主としてLSTに貢献• MST, SSTにも重要な貢献• シミュレーションにも貢献
詳細は大石講演

感度vs エネルギー

感度vs 積分時間5

LST1 カメラとDAQ
1. 読み出しノイズ:••
1855 本のPMTカメラ

0.2 p.e. かつ1%の精度で安定NSBに対してsqrtの依存性

2. ADC – 光電子数
•
•

変換係数

2%の精度で一様10倍までの夜光に対し1%の安定性

3. トリガシステム:
読み出しノイズの時間安定性

読み出しノイズvsアノード電流••

閾値はカメラ上で10%の精度で一様トリガ分配のタイミングも100psの精度で一様

4. DAQ :•••DAQ 性能オンラインでゲイン選択や、ぺデスタル引き15 kHz まで取得可能
7.5 kHz トリガで、5%のdead time

5. 安定観測:
トリガレート•••星などの影響を避ける、自動閾値調整
トリガレートは1.5%の精度で安定Cos(Zd)に依存してレートは変わる

較正の精度については
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小林講演参照LST1 光学系

• 200枚の分割鏡をアクチュエーターで姿勢制御。

1.5m
日本チームが開発製造した分割鏡198枚/Tel

高仰角

低仰角& 駆動系• 天頂角ごとに向きを調整する。(Look-Up-Table+内挿)•

天頂角20度- 60度まで、0.066度(2/3 pixel)で変わらないPSF

PSF(星像） • 今後は各分割鏡に設置されたCMOSカメラでリアルタイムでの姿勢制御を試みる。
• トラッキングの精度は2分角

日本チームが導入した
Flywheel
UPS• 星の像を使って補正すると１０秒角以下• 高速回転のためのflywheel
UPSも問題なく稼働中 7

データ管理と解析
日本チーム導入のIT コンテナ

• 望遠鏡の横に望遠鏡制御とデータ解析のための暫定的な計算機センターを設置••

PIC,Barcelona

Camera Server

計 2000 Core, 16TB メモリ
3PiB のデータ保存ディスク• データは即日バルセロナのPICにコピーされ、その後イタリアのINFN-CNAFにコピーされる。
• Real Time Analysisのパイプ
ラインも試験中

3PB Disk
Conputing &Telescope Control
コンピュータReal Time Analysis

INFN-CNAF••••

ディスクに書く前にクイック解析
システムのチェック
フレア時のスケジュールの修正
フレア時のアラート• ITコンテナは一時的なもので、将来は建設中のOperation
Building に移される。
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LST1最近の観測
既知のAGNの観測

かにパルサーの観測（>~50 GeV)

詳細は武石講演参照
GRBおよびニュートリノの追尾観測

Atel by LST1

はじめてのAtelBL Larcertaeの可視光での増光の知らせを受けて観測。
同期してTeVガンマ線放射も増大している
ことを報告
25% Crab @100GeV.

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MAGICとの同時観測• MAGIC2台とLST1は同じ空気シャワー事象を観測可能• ただし、ハードウェアレベルでのトリガの交換は行われていない• 同じ天体を同時に観測することで、時刻情報をもとにコインシデンス同定し、ステレオ解析が可能
詳細は大谷講演参照• ハードウェアレベルでのトリガの交換も開発中
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MST
l Schwarzschild-Couder型
l Davies-Cotton型 MST(欧州)
口径11.5m
主鏡9.7m＋副鏡5.4m
カメラ PMT～1800本
カメラ
SiPM～1.1万素子

2.4 m
0.8 m
＠USA(2015～)

q アナログ カメラ••••

多数のLSTと共通要素
analog trigger
capacitor array + ADC
来年度北サイト初号機

＠USA(2019～)(SiPM1536素子)

q デジタルカメラ• トリガ前にdigitize• 250 MHz sampling• HESS-IIに搭載し、かに星雲検出(2019年10月)

昨年5月 かに星雲を検出
1213pW2-1

SST
Ø Schwarzschild-Couder型（主鏡4.3m+副鏡1.8m）
Ø SiPMカメラ(2048素子)
2018年12月
プロトタイプ機でかに星雲検出済み

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ERICとAlpha Configuration
ラパルマ島• CTA Observatoryが、来年中にERIC(European Research InfrastructureConsortium)として承認される見通し• それに向けて、ベンチマークconfigurationが再定義された (AlphaConfiguration)• 北サイトに9台のMST• いよいよ南サイトのインフラ建設も始まる見通し

北サイト、ラパルマ
LST2: 2024年1月
LST3: 2024年3月
LST4: 2024年6月

完成予定

南サイト、パラナル

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LST アップグレード75um x 75umx 6400

• LST1のデザインは15年以上前に決まったもの。アップグレードを考える時期• 高画素化+SiPM採用を検討中。
日本とスイスのチームが主導して開発中• DeepLearning (CNN)技術の採用と合わせて、高感度化が期待される。
• LST NorthのアップグレードおよびLST Southを視野
詳細は橋山講演参照
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まとめ§ 次世代超高エネルギーガンマ線観測装置、CTAの建設は順調に進んでいる。
§ LST初号機は北サイトで安定観測を継続中。更なる改良も続けている。
§ MAGICとの共同観測§ Alertをうけての追尾観測§ Real Time Analysis§ MST, SC-MST, SSTもそれぞれプロトタイプ機でかに星雲を検出するなど開発が進んでいる。CTA ObservatoryがERICとして承認される見通しで南北両サイトで建設がさらなる加速に期待§ LSTカメラのアップグレードにむけて、SiPMカメラの開発に着手
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