Cherenkov Telescope
Array (CTA) Project
戸谷 友則 for the CTA Japan Consortium（京都大学宇宙物理学教室）

研究会「ガンマ線天文学：日本の戦略」

平成２２年１１月１６−１７日

宇宙線研究所Outline

CTA 計画の概要と現状
日本チームの取り組みの現状と目標

2

ＣＴＡ: 次世代 高エネルギーガンマ線観測施設
MAGIC Phase II (MAGIC-I + MAGIC-II) in 2009

>1000 sources will be discovered

CTA

HESS Phase II (HESS + 28m Telescope) in 2010

Astronomers in EU
JAPAN, US目標達成感度

SystematicError ∝B.G.
AGNs, Pulsars
GRBs

MAGIC-II

50hrs∝(AT) -1
Cosmic ray sources
Knee in gamma∝(AT) -1/2
Background Limited Deep TeV Survey~1 mCrab

Signal LimitedＣＴＡ 仕様・パラメーター
観測エネルギー領域: 20-30GeV ~ 100TeV

20-30GeV  遠方の活動銀河核(z<2)の研究、系外宇宙線起源、EBL 背景放射光密度の測定(星形成史）
100TeV  銀河宇宙線源の研究

10倍の感度向上 (HESS, MAGICから）


観測される天体数30倍(1000-2000)
感度 ~1mCrab

3倍の角度分解能

Better morphological study

全天観測
北半球：20-30GeV ~ 1TeV (mainly extragalactic science)
Several 23m class telescopes + some 12m class telescopes

南半球：20-30GeV ~ 100TeV (galactic + extragalactic science)
Several 23m class telescopes + many 12m class telescopes + some 6m telescopesA possible option:
Mixture of telescope types
Some central big telescopes
Many Medium + Small Telescopes

ＣＴＡ候補地 （北、南 2 stations）
One observatory with two sites
operated by one consortium

Mainlyextragalacticscience

Galactic plus
extragalacticscienceタイムスケジュール

観測対象 ＆ サイエンス

SNRs

Origin ofcosmic rays

Pulsars
and PWNe

Micro quasars
X-ray binaries

Dark matter

AGNs

Space-time& relativity

GRBs

Cosmology

Kifune Plot(expectation from log S - log N)

GLAST
AGILE

~3000 sourcesby GLAST, AGILE~1000 sourcesby CTATop-10 Cited Observatories✦Madrid+Macchetto ʼ09✦

Nature news Feb. 5, ʼ09

Guaranteed Galactic sources

?
SNRs

PWNe

Micro quasars
X-ray binaries

Un-ID sources
Dark Sources

Pulsars

Galactic sources200~400 sources with CTA

Where is PEVATRON???

Guaranteed Extragalactic Sources

Starburst galaxies
Galaxy mergers

AGNs

27 sources (2 x FR-I, 24 BL Lac(HBL, IBL, LBL), 1 x FSRQ)~800 sources with CTA

ＥＢＬ（背景輻射）との衝突によるガンマ線吸収
blazarExtragalactic Background
LightγVHE

γEBL
e+e-

銀河形成史の「化石」である、可視・赤外宇宙背景放射を測定→ 銀河形成、宇宙論的研究に重要な貢献！

IACTPossible New Classes of Sources

Galactic Diffuse

GRBs

UHECR Sources

Clusters of galaxies

Dark Matter Annihilation

Gamma ray emission processfrom DM Annihilation
Dark Matter Annihilations

Bergstrom et al.

Complimentarity with the direct
search experiment
Expected sensitivity
by Fermi相対論・量子重力理論の検証
高エネルギー光子 ｘ 長い伝搬距離
If Gravity is a Quantum theory,
at a very short distance it may show a very complex“foamy” structure due to quantum fluctuation.
Use gamma ray beam from AGNs/GRBs
to study the space-time structure
Energy 1000GeV ~ 10-16EPl
Distance 100~1000Mpc (1016-17sec)
Visible time delay ~ 1 - 10 secRecommendations and supports

ASTRONET Roadmap
ASPERA Roadmap
Magnificent Seven

High Priority project
Ground based projects

日本で言うと学術会議
Phys & Technology の中で、５プロジェクトのみ支援。CTA はその一つ

総予算規模：150 MEuroDecadal Survey in Astronomy
and Astrophysics in US
Ground-based projects ranked in order:
Large-scale• Large Synoptic Survey Telescope (LSST)• Innovations Program• Giant Segmented Mirror Telescope (GSMT)• Atmospheric Čerenkov Telescope Array (ACTA)• US group (AGIS) is recommended to join CTA as aminor partner with 100M US$ (40-50MEuro equiv.)→ 世界で一つの大プロジェクトとして実現へ日本の取り組み

CTA Japan が目指すもの✦

ヨーロッパ全体に対して10-20% 程度の貢献✦

予算規模 20-40 億円

✦

人的貢献✦

✦

>50 人 c.f. ヨーロッパでは500人規模

単に予算だけでなく、Science, Mirror, Camera, Electronics で本質的に重要な人的貢献を目指す✦

装置開発、建設✦

層の厚い理論グループ（すでに work package で存在感）

予算獲得状況
✦欧州全体： preparatory phase (PP) study, 5M Euro✦

Poland: ~2M Euro✦

日本：特別推進（５億円）申請中

CTA Japan 組織体制
✦

PI

✦

Co-PI

✦

Chair of Institutional Panel✦

各 work package coordinators✦

戸谷友則（京都大学）

手嶋 政廣 (Max Planck Institute → 東京大学)
柳田昭平（茨城大学）
秀利 （京都大学）✦ELEC (電子回路）

窪✦

CAL (calibration)

田島✦FPI （焦点面検出器）

折戸 玲子

✦

MIR (Mirror)

手嶋 政廣

✦

MC (Monte Carlo)

吉越✦

PHYS (Physics)

井岡 邦仁 (KEK)✦SBO (speakers bureau & outreach) 吉田龍生（茨城大学）

宏康 (SLAC→名古屋大学)（徳島大学）貴紀（ICRR）

総メンバー数約 5０名 (minimum FTE > 0.1 (学生は 0.2))✦(CTA Japan ホームページをご覧ください http://cta.scphys.kyoto-u.ac.jp/)これまでの主な活動✦

Design Study に関する覚書 (MoU) 締結に参加（2009年11月）✦✦

CTA Japan Consortium として正式に参加

2010 年度、実体研究スタート✦

科研費基盤Ａ，宇宙線研共同利用研究費✦

各ＷＰに配分し、コーディネーターの責任で研究・開発を推進✦

日本語版「ＣＴＡ計画書」完成

✦

研究会開催
✦

ʼ10 年 1月✦

ʼ10 年 11月（予定）日本語版研究計画書完成✦総ページ数 120✦

CTA で狙うサイエンス✦

日本の狙う貢献

各ＷＰの目標と活動状況

MIR WP 目標： LST Prototyping 用のミラー
400m2 を日本で生産、供給する。
coordinator: 手嶋
MAGIC の経験を生かして CTA-Japan でWe need 200 units of
1.5m Hex mirrors / Telescope
1600 Units in totalエレクトロニクス (coordinator: 窪）目標
アナログメモリASICを用いた光電子増倍管(PMT)の高速サンプリング回路を開発

PMT（２ギガサンプル/秒）

PMTクラスターと接続したモジュールを量産

PMT
読み出し回路CTA全体の開発状況• 複数の読み出し方式が並行に開発中• PMTから波形データ出力まで完成されたシステムができていない日本での開発状況
PMTアンプ、波形サンプリング、イーサネット転送回路を設計中
トリガー生成PMT
クラスターを接続
メインアンプ
アナログメモリ
FPGA
SRAM （HDLコード作成） ADC
ASIC
基板完成次第(10月）⇒動作・性能試験⇒PMTから波形データ出力回路まで繋げたシステムをCTA全体の中で最初に完成させる(年内)⇒今後、CTA全体の要求仕様が確定するに従い、次バージョンを設計・製作

FPI (coordinator: 折戸）
現在のCTA-Japanの活動••

光電子増倍管R8619MOD-100(浜松ホトニクス社)の性能評価
光電子増倍管7本を束にし、Cockcroft-walton型高圧、プリアンプ、制御・モニタボード、読み出しボードを搭載した、光検出器モジュールの製作を他のグループに先駆けて行っている。

今後の目標
••
•
•

光検出器モジュールの性能評価と改良
日本における量産ラインの確立
光検出器モジュール(MAGIC-II)
量産品の較正望遠鏡サイトでのコミッショニング、較正、アップグレード、

MC-WP

モンテカルロシミュレーション＋解析手法の開発


アレイ配置、望遠鏡パラメータの最適化

要のWP（他WPとの連携が必須）

CTA-Japan MCチーム


これまでの活動:

coordinator: 吉越

H.E.S.S.スタイルMCコードの習得



DSTデータから感度曲線を導出（習得技術の確認）

今後: 日本の理論チームなどと連携しつつ、サイエンスに適したアレイ研究などで CTA 全体の中で独自性を発揮“Super Configuration”
Preliminary

Calibration (coordinator: 田島)✦

CTA Japan が関わる instrument の較正✦✦✦PMT, 電子回路ゲイン特性など

Science requirementから要求されるcalibration精度を明確化
必要なcalibration精度を達成するためのcalibration方法の検討・試験・確立✦

上記に必要な装置・softwareの開発✦

実際のcalibration作業は、STEだけでなく各大学の協力が必要✦

現在は、Science requirementとcalibration精度の関係を調査中

PHYS Member
中心サイエンス： AGN, GRB, SNR
PHYS（理論）
Dark Matter / Fund. Physics
EBL / Cosmology
AGNsCR / Clusters / Starbursts
MQ / Binaries
CR / SNRs / Mol. Clouds
PWNe
Pulsars / Glob. Clusters
MW / Transients
GRBs
Surveys / Sub-arrays
Extended / Diffuse Srcs.
Intensity Interferometry
DC Light / CR composition

計２８人（2010.9.12現在）
7
7
10
8
2
14
coordinator: 井岡
53
122, 3 の分野のサイエンス検討
12で日本が主導権を握るのが目標。
1
すでに CTA general meeDng で
4
存在感を発揮01