様式８

令和 5 年度（2023） 共同利用研究・研究成果報告書
研究課題名

和文：宇宙線望遠鏡による極高エネルギー宇宙線の研究
英文：Study of Extremely-high Energy Cosmic Rays by Telescope Array

研究代表者（東京大学・宇宙線研究所）荻尾彰一

参加研究者（東京大学）佐川幸、大西平

宗博、川田英明、岡崎武多

和正、藤田奈緒、関野多米田

淳、中原 美紅、河内裕一郎、佐藤康平、森純輝、中山大学）櫻井信之、（神奈川大学）日比野池田

侑哉、野々山大輔、（KEK）田中直也、（信州大学）冨田大輝、宮下孝幸、齊藤

航平、（千葉大学）河合京都市大学）門多学）石井真伸、芝田秀行、下紘三、高橋薫、宏樹、（大阪電気通信大学）

実哉斗、岩上琉之助、島本拓生、楠森尚樹、豊村優貴、偉吹、中島健美羽、藤井 愛美、松本穂乃花、（大阪産業

欣也、垣本直明、有働史雄、林田達伸、（高知大学）中村慈治、亨、（埼玉大学）井上亮介、日比 亮佑、阿部 泰明、水野航太、佐藤秀幸、（中部大学）大嶋勝也、（東顕司、（広島市立大学）田中孝明、本田敏俊博、Fraser W. Bradfield、古前 壱

勇太朗、村上太郎、長田成宏、野中正己、大岡興秀、藤末祐輔、（京都大学）難波晴香、坂本隆志、竹田仁、福島良一、申芳基、藤井聖真、高木瑞季、加藤正人、﨏

慧太郎、大島幸市、小林昭道、（大阪公立大学）常定朗、敷田
小森宏行、瀧田建、（理研）長瀧晃敏、山崎公一、（放医研）内堀重博、伊藤裕貴、小野樋口

諒、Noemie Globus、Haoning He、Donald Warren、榊奥田剛司、（芝浦工業大学）笠原幸夫、（山梨大勝臣、木戸英治、直人、（立命館大学）

克昌、（未来 ICT 研究所）小澤俊介、（ユタ大学、米国）Pierre Sokolsky、Gordon Thomson、Charles Jui、John Belz、Carsten Rott、John N. Matthews、Douglas Bergman、Wayne Springer、Stanton Thomas、JeremySmith、Dmitri Ivanov、Jihyun Kim、Matt Potts、Isaac Buckland、Zane Gerber、（シカゴロヨラ大学、米国）Tareq Abu-Zayyad、Rasha Abbasi、（成均館大学、韓国）
Il Hung Park、Hyomin JeongKwangho Lee、Sanwoo Kim、（UNIST、韓国）Dongsu
Ryu、Bok Kyun Shin、（漢陽大学、韓国）Hang Bae Kim、ByungGu Cheon、（ロシア科学アカデミー原子核研究所、ロシア）Grigori I. Rubtsov、Igor I. Tkachev、Sergey V.
Troitsky、Oleg E. Kalashev、B.K. Lubsandorzhiev、Ivan V. Kharuk、Yana V. Zhezher、
Igor A. Vaiman 、（ Moscow M.V. Lomonosov State university 、 ロ シ ア ） Maksim
Pshirkov、（Universite Libre de Bruxelles、ベルギー）Peter Tinyakov、Mikhail Yu.
Kuznetsov、（Central European Institute for Cosmology and Fundamental Physics、チェコ）Federico Urban、（Academia Sinica、台湾）Anatoli Fedynitch

研究成果概要
2023 年度には、FD 反射鏡の清掃・反射率測定、SD 検出器の修理を実施し、特に TALE
infill SD アレイの運用を開始した。SD アレイ、FD 望遠鏡ともに日本からも遠隔運用を行なっている。データ解析も継続し、ICRC2023、日本物理学会などの研究集会で成果発表した。以下、それらの中からいくつか選んで報告する。
TA FD+SD アレイハイブリッド観測による原子核組成
TA ハイブリッド観測 8.5 年分のデータ解析からエネルギースペクトル、原子核組成を求めた（図１）。
<lnA>は 1018.43±0.06 eV で最も小さくなった。TALE ハイブリッドの結果とも 1017.7 eV 付近でスムーズに
図 1：TA ハイブリッド観測に基づく<lnA>（●）と他の TA 実
験との比較（左）、他の実験結果との比較（右）接続している。

TALE FD+SD アレイハイブリッド観測による原子核組成
5432101617

KASCADE, QGSJET01
KASCADE, SIBYLL 2.1
IceTop, SIBYLL 2.1
LHAASO, QGSJETII-04

実験ハイ ブリッ ド観測デ ータに 基づき、1016.5 eV から 1018.5 eV までの<lnA>を求めた。結果を図２に示す。この結果は、平均的TA Hybrid, QGSJETII-04
TALE Hybrid, QGSJETII-04
TALE-FD mono

は純粋陽子となることを示している。最も重19Tunka, QGSJETII-04
Yakutsk, QGSJETII-04
Auger, QGSJETII-0418

な組成はエネルギーとともに 1017 eV 付近ま

ironnitrogen

heliumproton20log(E/eV)

図２：TALE ハイブリッド観測に基づく<lnA>と他の実験結果との比較。●で描かれているのが TALE
ハイブリッド観測の結果で系統誤差の範囲が網掛けで示されている。
Anisotropies measured by the Telescope Array surface detector

2018 年 11 月から 2023 年 3 月までの TALE<ln A> vs log(E/eV)<ln A>

では重くなり、その後軽くなり、1018.5 eV でくなるエネルギー1017 eV がエネルギースペ
クトルに見られる 2nd knee という構造に一致していることも興味深い。
Jihyun Kim

ペルセウス座・うお座超銀河団（PPSC）方向へのイベント集中

TA 実験 SD アレイの 15 年分のデータをもとに、PPSC方向への 1019.4 eV 以上のイベントの到来方向集中の結果をアップデートした（図３）。赤経 17.9°、赤緯 35.2°の方向を中心に 4.0σ のイベント集中が見られ、そのchance probability は 3.3σ と求まった。
図 3：赤道座標系での PPSC イ
ベント過剰のスカイマップ。カラーは有意度を示す。

整理番号 F01
Figure 3: The sky mapsof the PPSC excess in the equatorial coordinates using a Hammer projection.
The Li-Ma signiﬁcance maps are shown, using a 20◦ -circle angular windows in equatorial coordinates fordifferent energy thresholds: (a) ⇢ ≥ 1019.4 eV, (b) ⇢ ≥ 1019.5 eV, and (c) ⇢ ≥ 1019.6 eV. Panel (d) shows
the prominent structures of the local large-scale structure of the universe in TA’s ﬁeld of view within 150
Mpc overlaid with the signiﬁcance map of ⇢ ≥ 1019.4 eV. The black squares indicate the center positionsof those local large-scale structures. The black diamonds represent the positions of the maximum Li-Ma
signiﬁcances. The black x’s indicate the locations of the brighter objects within the PPSC. The color code
indicates an excess (red) and a deﬁcit (blue) of events compared to isotropy.