ASTROGAMシリーズ+α
中澤 知洋 (名古屋大学)

eASTROGAMとは？
=欧州を中心に検討されているMeV-GeV衛星
点源感度と帯域l ESA M-classに２回応募しているが、今のところ不採択。
Ref: arXiv:1711.01265v3[astro-ph.HE]

l 重量 2.7t (wet)l 高度500-600 km の赤道軌道(incl. 2.5deg)l ~2 kW 消費 (大きなラジエータ)

eASTROGAMの意義（私見）半導体Compton+Pair 望遠鏡の“スタンダード”
・技術課題のスタディーが進んだ・サイエンスのスタディーがコンパイルされた

eASTROGAMの観測機器概要

田島さんトークでかなり説明

eASTROGAM (ESA-M5提案)の観測装置
l Si Tracker
l 9.5x9.5 cm2 DSSD を10x10 に配置
l 500 um厚を 56層 (2.8 cm厚)
l 30% radiation length
59 kgのシリコン
78 l Calorimeterl CsI(Tl) 8x0.5x0.5 cm3を8x8にまとめ両端をSDDでl 23x23 module 並べるl 8 cm厚で1 MeV光子の吸収確率を88%
l 半同時計数プラシンチで囲む

1.2t

120120l 1.2 t、1600 Wの消費電力
l Mission life 3年
à 実効 exposure １年

0.3-1 MeVl 古典的コンプトン、マルチコンプトンモード
l 電子トラック型コンプトンカメラモード
l 対生成モード

1-10 MeV

10 MeV-3 GeV

eASTROGAM (ESA-M5提案)の観測装置
l 角分解能(ARM FWHM and 68% PSF)
で、COMPTEL and Fermiの ~４倍改善
l エネルギー分解能＠MeV帯域で、COMPTELの3-4倍改善l 対生成帯域でも角分解能~4倍改善

eASTROGAM (ESA-M5提案)の観測装置
9年
1 Ms

10年

1年

l MeV帯域(COMPTEL)の感度を ~2桁改善しl GeV (Fermi LAT)の帯域を~１桁低エネルギーに伸ばすTop 3 サイエンス (1/3)
Processes at the heart of the extreme Universe: prospects for
the Astronomy of the 2030s
l AGNおよびGRB jetのサイエンス

l 100%偏光の GRB080916C sim
當真さんトークFSRQ 3C454.3

宇宙で最も明るいAGNジェット
MeV バックグラウンド＝巨大BH成長の歴史
詳しくは井上さん講演

Top 3 サイエンス (2/3)
The origin and impact of high-E particles ongalaxy evolution, from cosmic rays to antimatterl MeV宇宙線 in SNRl MeV宇宙線と分子雲の相互作用

Eff １年銀河面

SNRからのハドロン起源ガンマ線 à 加
速されるMeV陽子の数
信川さんトークTop 3 サイエンス (3/3)
Nucleosynthesis and the chemical enrichment of our GalaxyNASANASATop 3 サイエンス (3/3)
Nucleosynthesis and the chemical enrichment of our Galaxyl SN-Ia
SN2014J-like 1 Ms exposure (30日間x1/3)

SN2014J 56Ni 0.04 Mo Ejection model

Canonicalmodell 銀河面の26Alやその他の放射l 44Tiへの感度がINTEGRALの~30倍。

Top 3 サイエンス (3/3)
Nucleosynthesis and the chemical enrichment of our Galaxy

l 44Ti (ejecta と中性子星の境界)
感度がINTEGRALの~30倍。

l 26Al (100万年のSNIIの積分)

Top 3 サイエンス (3/3)
Nucleosynthesis and the chemical enrichment of our Galaxyl Classical Nova

NAOJ

CO Nova

ONe Nova

サイエンス (その他)

l Crab フレア

l ガンマ線パルサー
1hr
3.6日
１年NASAl 太陽 フレア

l ガンマ線バイナリー 米田君トーク etc
l マグネター
Photon splitting の観測など

NASA

ASTROGAMシリーズの沿革
フランソア
ピーターヴィンセント
スティーブン
その他⾊々

2013

ASTROGAMシリーズの沿革
l 2013年 ASTROMEV WS開催。コンプトンモードのみ
l 2014年秋 GAMMA-LIGTHと合併àASTROGAM (M4)チーム発足。コンプトン＋ペアの検出器へ。代表が Marco Tavani、サブが Vincent Tatischeffl 2015/1月 ASTROGAM M4提案 (M classとしては少額)
l 3月にtechnical and programmatic evaluation 通過l 6月に不採択決定。
l 2016/10 eASTROGAM M5提案 (満額のM class)l 2017/2 1st Science WS
l 2017/6 第１弾セレクション突破
l 2017/10 2nd Science WS
l 2018/5 M5に不採択
l 2019/1 All-sky ASTROGAM F-classへ提案
l 2019/1 phase-2へ生き残るl 2019/6 F-classに採択されず

2015 ESA M42016 ESA M5

2019 All-sky ASTROGAMESA F-classASTROGAMの意義と課題（私見）2015 ESA M4

意義（私見）
半導体Compton+Pair 望遠鏡の“スタンダード”
・技術課題のスタディーが進んだ・サイエンスのスタディーがコンパイルされた
l DSSD tray 周りの開発リスク
l コスト
l MeVサイエンスの評価
l 「悪くないけど、もう一声」という印象2016 ESA M5l イタリアのサポートが強いl サイエンス検討à AMEGO にもl ASTROGAMチームそのものは、まだ諦めていない（素晴らしい）が、次のMシリーズはわからない。

2019 All-sky ASTROGAMESA F-classeASTROGAM以外は？

AMEGO etc. à 深沢さんトークアメリカのCOSI-SMEX構想
2020 Decadal 提案

Ref: 小型科学衛星 CAST (2014)に似ているが狙いが異なる
Mag. int.
flares @ 1s

sec. (1 s)
COMPTEL
2桁Day (20 ks)

Crab flares@ dayWeek (150 ks)

AGN flares@ a few days(-2000)MAXI

Nakazawa et al. 2012 SPIE, 2014 SPIEl SGDのSiCdTe半導体コンプトン
カメラを用いた広視野sub-MeV
衛星の構想
l よりsub-MeVにフォーカス
l 数mCrab@100 keV級の感度でサイエンスは限られる

これまでの到達感度(2009-)

Swift(2004-)

keV

Sub-MeV Fermi(2008-)
SCT@2yr(14 Ms)
MeV

GeV

Energy+ SNIa lines out to 10 Mpc

Magnetarpersistent

TeV

Si/CdTe all-sky SCT50x50x40 cm3, 150+ kg参考: ASTRO-H Soft Gamma-ray Detector (SGD)
T.Takahashi+ 2001, Tajima+ 2010 etc…

ASTRO-H (2015- planned)

Compton imaging toreduce BGD incombination with narrowFoV active shield

14 m, 2.5t
60-600 keV
50 mm
CdTe-Pad x2“Narrow FoVComptonTelescope”

Si-Pad x32(0.5 mmt
3.2 mm pitch)

CdTe-Pad x8(0.75 mmt each
3.2 mm pitch)

BGO
Activeshield

天体MeV観測以外は？

MeVサイエンスを広げる：雷ガンマ線
l

雷ガンマ線＝磁場の関与しない静電場加速(30+MeV)
理論モデル
電離損失vs電場加速

nMV/mtioizaIon-5200 usValerie
Connau-ghton+16-3

積算のTGFスペクトル 0.05-30 MeV、まさにMeV帯域
Dwyer &20 MeV
雲中の最大電場(~300 kV/m)
0.1

091213 21:01:50.5
Fermi GBM

逃走電子加速 Relativistic
Runaway ele. (Wilson 1925)

Seed e- 200 keVSmith, 2006

Dwyer 2012 (mod.)0.1

310kinetic energy (MeV)à 加速の仕組み、増幅率、雷雲のどこで発生しているのか、定量的な理解はまだ

Fermi GBM データ＋雪崩 avalanche
RREA Gurevich+1992

radiation

1 atm air

理論モデル

ただし、速い。Decaytimeが 50 usくらい。
Primary電子も？

３種の放射、２種の現象＝雷放電ガンマ線と雷雲ガンマ線
宇宙から

091213 21:01:50.5
Fermi GBM

200 usCounts/s

daq0A 2014/11/14

10000

Counts/s

2014/12/02

160

daq0A
daq1

60 s

14050 ms

8000

120
1006000

80

Valerie
Connau-ghton+164000

Umemoto D-thesis
2016 UT

60

Umemoto D-thesis
2016 UT

40

2000

200

地上から

2: ロングバースト (100 s)

1: TGF (100 us) + “ショートバースト” (100 ms)

43.2 s43.0 stime since UT (14:12)

43.5 s

雷放電に同期

0

08:23

08:24
UT (hr:m)

08:25

雷雲から直接e.g. Fishman+94, Smith+05, Briggs+10, Marisaldi+10• 直接の、瞬間的な電子加速からの制動放射• TGFが光核反応で破壊した原子核からでる中性子の放射Enoto+ Nature 2017,
Wada+ PRL 2019など• 直接の、継続的な電子加速からの制動放射
Tsuchiya+ PRL 2007 など

4

MeVサイエンスを広げる：雷ガンマ線ほか
l

これまでのTGF＋電波＋可視光観測で分かっていること
stepped leader 段階で発生。
l 高度 10 km あたりと「言われている」
l 独特の電波波形EIPを伴う例が多い。
l スペクトルは多様で、ビーミングも未確認
ll

MeV衛星や気球でできること
仏のTARANIS衛星が来年春に打ち上げ予定。ガンマ線＋電波＋可視光同時観測。和田+中澤がチームメンバー。à TARANISの結果に着目。
和田君ポスター参照
l 冬季雷雲の地上観測で研究が大きく進展(e.g. GROWTH) à 夏季雷含む「世界の雷」との比較
l 軌道上(~600 km)でFermi GBM検出器級で、20-100 photonほどが、1日に２­３個 à 気球高度(30-40 km)だと1-4万photon で、100日に１回。「あるいは」400倍暗いTGFが多数？
ll

ほかにもRelativistic Electron Precipitation など、地球科学ネタもある

ASTROGAMシリーズのまとめ
l 2013年から検討を進めてきた「半導体Compton+Pair 望遠鏡のスタンダード」
l 技術課題のスタディーが進んだ＋サイエンスのスタディーがコンパイルされたl AMEGO＠米国につづく à 深沢さんトーク
l ASTROGAMチーム＠欧州も諦めていない à ESA ボヤージュ2030にWB

1 Ms

9年

2016 ESA M5
10年

1年