P2-036

第13回 宇宙科学シンポジウム（2013年1月8, 9日）○尾崎 圭太1, 青木 茂樹1, 釜田 啓樹1, 高橋 覚1, 中川 諒1, 水谷 深志1, 六條 宏紀1
他 GRAINE collaboration1,2,3,4,5,6

1 神戸大, 2 愛知教育大, 3 ISAS/JAXA, 4 宇都宮大, 5 岡山理科大, 6 名古屋大

 GRAINE Gamma-RRay Astro-IImager with Nuclear Emulsion
 10MeV～100GeV帯域でガンマ線天体の精密観測及び偏光観測を目指す気球実験。[1] GRAINEは角度分解能に優れている 銅箔(50μm)

ことが特徴。

“エマルション
ガンマ線望遠鏡”

乳剤層(44μm)
プラスチックベース(205μm)

 主検出器、エマルションは◆コンバーター
原子核乾板と銅箔(50μm)
×100組• 低物質量（0.002X0）• 高分解能（0.1μm）
であるため[2]、電磁散乱による不定性を抑えた測定が可能である。

LAT
100MeV
1GeV◆カロリーメーター
原子核乾板と鉛板の積層＋◆スターカメラ
望遠鏡の天球に対する姿勢をモニター

GRAINE

6.0deg0.9deg0.9deg 目的気圧計GPS• 姿勢モニターの動作検証• 多段シフターの動作検証• 大気ガンマ線フラックス測定

電池

デイタイム
スターカメラエマルション望遠鏡

レベルフライト（高度35km）：
1.5時間
1.3 m

◆タイムスタンパー
新手法『多段シフター』

8cm

Fermi-LATとGRAINEの角度分解能の比較

 GRAINE 2011フライト＠大樹町▲ GRAINE 2011 北海道大樹町（2011年6月8日）

実証① スターカメラ

実証
②
多段
シフター

[5]

スターカタログ

CCD画像▼ガンマ線に対する角度分解能 vs エネルギー

0.1deg

パターンマッチによる姿勢決定に成功@8時11分撮影画像

GRAINE (data) この特徴をいかした観測，例えば

Fermi-LAT(data[3]) 限界等級：6等級
 姿勢モニター精度：<0.4mrad
 稼働率：74%

時刻情報＋姿勢情報によりMC：Geant4.9.5(Livermore EM model)

天球に対するガンマ線の到来方向を決定

 GRAINEが目指すサイエンス▼赤外の構造を真としたシミュレーション結果▼Fermi-LATによる超新星残骸W44のカウントマップ[4]Color ：2-10GeV
Contour：4.5μm IR

GRAINE (MC)@1-10GeV
1000m2・hour• また、<200MeVの低エネルギー領域において、拡散ガンマ線の混入をおさえたエネルギースペクトラム測定を目指す。

Thompson, 1974, 10-5g/cm2
GRAINE2011, 6.6g/cm2

100 Energy [MeV][7]▼ 天頂角依存性
Thompson, 1974, 10-5g/cm2

GRAINE2011, 6.6g/cm2
68% coverage
90% coveragea/cosθ (best fit)

preliminary
Zenith angle θ [deg]▼感度曲線• 銀河中心領域では、GeV及び200MeV以下の領域でFermiより高感度な観測が可能である。

 GRAINE 2014フライト＠オーストラリア

Preliminary
R>4.5GV

LAT - 5years
Galactic Center (0,0)[3]R>11.5GV

LAT - 5years
intermediate latitudes (0,30) [3]感度
良オーストラリアでの気球実験を2014年に実施することを目指し準備を進めている。
ここでは、vela pulsarの検出>100MeVでの最高精度イメージングを目指す。

LAT - 5years
north galactic pole (0,90) [3] 偏光観測• >10MeVのガンマ線領域で初となる天体（vela, crab）の直線偏光観測を目指す。
• 現在、直線偏光ガンマ線ビームを用いたR&Dを進めている。

 高感度フィルム

subGeV/GeVガンマ線の直線偏光を検出するには、対生成後の電子•陽電子がなすAzimuth角の異方性を捉える。
全入射角における平均検出効率[hour]

高感度フィルム OPERA Film
：97.4±0.8：87.0±0.4

preliminary
N(ω)=p2*{1+p0*cos2(ω-p1-90°)}

 多段シフター2号機

 スターカメラ• 限界等級： 7• 姿勢モニター精度：<0.1mrad
左ステージ• 稼働率： 99% (期待値)
メ ▼新CCDカメラで感度向上を確認
カ新カメラ 旧カメラニ
右ステージ
カ 検出星数4311
ル
左 / 右 [μm] ステージ位置再現性 ・地上20倍のスケール
1段目 0.77 / 0.58
試
アップ後も1号機
験
2段目 0.55 / 0.78と同等の性能をの確認
結
3段目 0.60 / 0.34
果▼▼vela pulsarに対する最小検出可能偏光度4.7σ@6.5hour

準備状況• GRAINE2011に一部導入▼ビーム試験結果（e-pairがなすAzimuth角分布）▼ velaに対する検出有意度vs 観測時間

 JAXA大気球実験室の協力のもと、

GRAINE - 10Flights• また、銀河面に多いFermiのUnID天体を、高分解能観測により点源を分離し、決着を付けることを目指す。

▼ 大気ガンマ線フラックス@高度35km

preliminary

bin幅1秒▲上空35kmにおける宇宙線カウントレート(count/sec)

実証③ 大気ガンマ線の観測

50

 銀河中心領域の探索

トラックの傾きtanθ
6.6σ相当のexcess

一連の流れを確立

5mm

Integral flux [cm-2・s-1・sr-1]• >GeVの高い角度分解能をいかした高解像イメージングにより、他波長の観測との詳細な解析が可能になる。

銀経：112.06deg
銀緯：-6.86deg

時間分解能0.1[sec]検出有意度σ 高解像イメージング

θincident:
26.64 deg▶
上空での反ハ応 ドを ロト ン
リガー

時間分解能[sec]による1週間程度のフライトを繰り返して高統計観測を実現する。

125cm2/unit(1号機)[6]

Integral flux (>70MeV) [cm-2・s-1・sr-1]

GRAINE(MC) 大口径エマルション望遠鏡（10m2）

BackTotal
Front
1 Film2 Films
3 Films▼多段シフターフライトモデル1号機、2号機
共同開発: (株)三鷹光器
20 units(2号機)[count/sec]

空間的な広がりを持つガンマ線天体（SNR W44など）の精密観測を目指す。

◀
フライト
航跡
図

各コンポーネントのアップグレードを進めている。
38%@1Flight(7days, 10m2)
観測値

期待値

振幅0.14±0.040

0.1

偏光方向110±9.5deg

100deg17%@5Flights

高感度写真乳剤をプラスチック

観測面積×時間 [m2・hour]
振幅・偏光方向ともに期待値とconsistentな結果。
[1] S. Aoki, et al., <arXiv: 1202:2529 [astro-ph.IM]>[2] T. Nakamura, et al., Nucl. Instr. Meth A, 556, (2006), 80.

[5] K. Ozaki, et al., 平成24年度大気球シンポジウム[6] H. Rokujo, et al., Nucl. Instr. Meth A, 701, (2013), 127.
[3] http://www.slac.stanford.edu/exp/glast/groups/canda/lat_Performance.htm [7] S. Takahashi, et al., 平成24年度大気球シンポジウム[4] A. A. Abdo, et al., Science, 327, (2010), 1103.

 エマルションフィルム&読み出し装置[8] K. Morishima & T. Nakano, JINST 5 (2010) P0401.

ベースに塗布した荷電粒子に対して有感な3次元飛跡検出器
 高位置分解能・低物質量 高速飛跡読取装置の開発によりフィルムの大面積読み出しが可能になった。

顕微鏡画像

高速飛跡読取装置の開発@名古屋大[8]γ電子/陽電子の飛跡
0.01mm

乳剤層を16層の断層画像として高速に取り込み、貫通する飛跡を認識する。