気球搭載型エマルション望遠鏡によるガンマ線天体精密観測計画

GRAINE
名古屋大

Project Leader

六條宏紀

神戸大

青木茂樹

神戸大、 名古屋大、ISAS/JAXA

愛知教育大、岡山理科大、宇都宮大

超新星残骸(宇宙線起源?)
カラー: 2-10GeV

Fermi-LAT(2008-)

SNR W44γ-ray (Fermi LAT)

0.5°

等高線: IR(Spitzer)

Abdo et al., Science, 2010

未同定天体の謎

Unknown
31%→天体密集域に多数存在偏光観測(放射機構の解明)

Crab
A. J. Dean, et al., Science, 2008
INTEGRAL&%B@(ªÀÈ²ÅÊ)Microscopic view
10microne+/-Gamma-raye-/+ªÀÈ²ÅÊ¾§ÈÂ6z

◎優れた空間分解能

Gamma-ray◎少ない通過物質量

Emulsion

Plasticbase

Emulsione-e+

0.3mm(0.002Xo)◎軽量◎大面積化可能◎安価ガンマ線 角度分解能
SPring-8 LEPSUVSOREGERT(1991-2000)

GRAINE2011
Zenith:0-47deg(Preliminary)
Grainbygrai

Fermi-LAT(2008-)(P7SOURCE_V6)

nBack

Kin
ema'GRAINE(MC)cal*l i m
it

Total
Front

emulsion film(70,180,70)

1film
2films3films100MeV

1GeV

10GeV

100GeVAbdo et al., Science, 2010
Color : 2-10GeV gamma-ray (Fermi LAT)
Contour : IR(Spitzer)

Fermi&LATW445&SQ

0.5degGRAINE(MC)*1<10GeV
Spitzer(4.5μmn )·Ì´¥U²ÁÄÉÌ²ÅÊ

3Flight(17day)
T.fK
6$!

#%'"#%

Microscopic*view*of*a*pair*crea'onγ

Yγ7gω
X

emulsion

293µm
0.002Xo

1micronTACbase

方位角分布(DATA)
Preliminary
emulsion

SPring-8直線偏光ガンマ線ビーム

3.5σで実証JAXA大気球実験

GRAINE 2011
エマルション望遠鏡1号機
γ

Converter

TimeFstamper

口径面積10x12.5 cm2Calorimeter2011.6.8

北海道大樹町10.0cm①ガンマ線検出5mm

12.5cmハドロン反応②多段シフターによるタイムスタンプ+姿勢情報の付与

H.Rokujo, et al., NIM A, 701 (2013)

宇宙線カウントレート@35km

Exposure map
GRAINE 1st lightexcess(6.6σ)③天球座標へマッピング

GRAINE計画：ロードマップ[1st Step] 口径面積125cm2 1.6時間＠35km@TARF(ISAS/JAXA大気球実験) 2011/6/8

PI:青木茂樹(神戸大)✓各構成要素の動作検証、及び連動試験

20✓大気ガンマ線の実測

↓×29倍

↓×15倍

[2nd Step] 口径面積3600cm224時間@オーストラリア・アリススプリングス

気

最も明るいガンマ線天体(Vela pulsar)の検出

JA

14

年

11月

XA
国球際
実
験
採択

๏100MeV領域で最高解像度でのイメージング性能の実証
๏海外サイトでの気球実験の立ち上げ[Final Step] 口径面積100000cm2 7日間
大陸横断フライト• 科学観測開始

2015年度〜GRAINE 2014へ向けた準備研究

フライトモデル2号機

原子核乳剤&フィルム製造

etc

UCP

デイタイム
スターカメラx3

CPU

風船式圧力容器&ゴンドラ~ 2 m, <400 kg

タイムスタンパー２号機＠神戸大

三鷹光器社との共同開発

25cm

14.5cm12.5cm
10cm
1号機•タイムスタンプ技術確立•姿勢モニターの動作確認•大気ガンマ線フラックス測定

2号機

口径面積29倍原子核乳剤の製造＠名古屋大

2010年〜富士フィルムOBの協力
学内でR&D、製造を開始

新乳剤(ゲル)
AgNO3 aqAgÍ

NaBr, NaI aq
BrÎ,I
AgBr結晶(電顕)

従来品

高感度型

200nm

MIPの信号量が約2倍！
100μm◎飛跡認識効率 ↑◎ガンマ線検出効率↑◎エネルギー閾値↓◎Signal/Noise ↑◎作業効率↑高感度フィルムの作製方法①乳剤を計量し、溶解する。

②ベースを塗布台に貼り付け。

塗布台③乳剤を垂らす。

④全体に伸ばす。

⑤乳剤がセットしたら移動し、棚で自然乾燥。

塗布棒
15

高感度フィルム
観測テスト@乗鞍,7月標高 2770 m
気圧 720 hPa

γ

ハニカム板

36時間照射アクリル板

e+e多段シフター1号機にフィルムをマウント

自動飛跡読み取り現像後のフィルム
現行機SUTS12.5 cm

Speed*in*cm2/*hour

9000
1710000
1000
100~20m2/year

101

1
0.1
0.01
0.001

0.082

72

倍
0010.003

TSNTS

UTS

S<UTSHTS

次世代機HTS~80%(GRAINE2011)0.8→平均 98.3 %film

Track Efficiency

1

検出効率(角度依存)

0.6
film

？

0.4

000°

film

0.2

0.1

0.2

0.3

0.4
20°

0.5

0.6
30°

0.7

0.8

0.9
tane
40°

飛跡再構成性能

高感度乳剤フィルム角度

OPERAフィルム(GRAINE2011)|tanθx|<0.1

σdθx= 4.64 mradσdθx=4.2mrad

σdx= 0.81 µm

σdx=0.75µm

ず
れ位
置ずれ109876543213 mm
x 3 mm10987654321

顕微鏡観察

8枚目

28μmによる確認
7枚目

θopen
θopen=31.1 mrad
=1.78 deg

Eγ=160 44 MeV
track1

track2

P1=22.3 4.6 MeV/c
P2=138 44 MeV/c

新乳剤での初検出に成功！

まとめ• 気球搭載エマルションガンマ線望遠鏡(GRAINE計画)‒ 超新星残骸からのガンマ線イメージング‒ 天体密集領域の高感度観測‒ ガンマ線偏光測定• 2011年、初気球実験を実施- 上空でのガンマ線検出→時間情報付与(δt~0.1秒)→姿勢決定→イベントポインティングを確立。
• 2014年11月豪州でのフライトに向けて準備進行中。
- Velaの検出- 最高精度での結像- 高感度フィルムを全面的に導入
乗鞍観測所でテスト観測をさせて頂きました。
梶田先生、現地スタッフの方に感謝申し上げます。