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：宇宙線による太陽の影を用いた太陽周辺磁場の時間変動の研究
英文：A study on variation of interplanetary magnetic field with the cosmic-ray shadow by the sun.
研究代表者

国立情報学研究所

准教授

西澤 正己

参加研究者

信州大学
信州大学

特任教授
教授

宗像 一起
加藤 千尋

理学部
理学部

信州大学 大学院理工学研究科

林 優希

日本大学 生産工学部准教授

塩見 昌司

東京大学 宇宙線研究所
東京大学 宇宙線研究所

教授
助教

瀧田 正人
川田 和正

東京大学 宇宙線研究所

特任助教 佐古 崇志

研究成果概要 ! 2.1 σ ()!

)"'% 
αEW =-0.090.04)*BzIMF +(-0.20  0.02 )αEW =-0.000.01)*BzIMF +(-0.226  0.007)

IMF BzNorth

Red :: MC B x 1.5

South2021-23年度の研究グループではガンマ線天源[12,14,18]、Diffuseガンマ線[13]等の分析を重点的に行ったため、太陽磁場関係では国際会議での報告[15,16,17]にとどまっている。しかし、これまでの学術雑誌報告等[10,11]（右図）をさらに進め、データのキャリブレーションと共に、太陽の影の東西方向のずれとIMFのBz成分との関連の詳細な分析を中心に進めているところである。

WestEast

Displacement Angle @ 10TV

1991年から実験を始めたが、サイクル２２の最盛期の後半（1991～1993年）のデータから、“太陽の影”が見かけの位置から太陽半径の３倍近く西南西にずれていた。その位置も年毎にかなり動いた。最静穏期（1996～1997年）には太陽双極子磁場と地磁気の極性が逆で安定していたため、宇宙線による“影”のずれが相殺して見かけの太陽中心に静止していたことが10TeV領域で確認された。これは簡単なモデルを用いたシミュレーションでも再現された。 1999年に拡張された7.5ｍ間隔のTibet-IIIアレイで観測した2000年のデータでは3～15TeVのエネルギー領域で“太陽の影”は全く掻き消えていた。
これは、黒点数の増加による局所磁場に太陽双極子磁場が乱されて宇宙線粒子が散乱されたためと思われるが、全く予想しなかった新しい知見である。2006～2009年には太陽活動は最静穏期を迎えたが、われわれの予想通り、太陽双極子磁場と地磁気の極性がそろって、“太陽の影”が地磁気だけのずれの2倍になるかどうか確認することに大きな興味があった。2008年から2009年の解析の結果、ほぼ予想通りの結果になっていることが確認できた。この実験は、太陽活動の移り変わりに伴う“影”の時間的な変動を観測しているので、太陽活動の極大、極小の時期だけを観測すればよいと言うものではなく、常時観測を続けていかねばならないのが特徴である。2014年からのデータについては、校正中のためまだ最終的な分析できていないが、2013年には、1996年から2009年までの「太陽の影」の変化を利用して、太陽コロナ磁場を予測する2つの理論モデルを検証した。その結果、太陽近傍の電流は磁場構造に影響しないと仮定したPFSS モデルよりも、太陽近傍の電流が磁場構造に与える影響を考慮したCSSS モデルが「太陽の影」の実験結果をよく再現することが分かった。これは、銀河宇宙線を用いて太陽コロナ磁場の検証を行った世界で初めての成果である。この結果はPRLに掲載され[3]、“Editorʼs Suggestions” としてハイライト論文に選定された。また、米国物理学会（APS）の運営するウェブサawaイト Physics（Synopsis）で紹介文付きで取り上げられた。また、3TeVから100TeVの領域で、太陽の影のエネル
ギー依存性や太陽の自転による太陽地球間磁場のセクター構造に対しての依存性に関しての結果は2018年1月にPRL採録されている[7] 。さらに低エネルギー領域ではCMEの影響を受けていることを示唆する結果が得られており、こ10TeV α Bz の結果は2018年6月にAPJに採録されている
[8]。
Black ::Observed+.- SouthMCNorthMC  ()IMF Bz ,*&/  ($ ,  #P.27

References
1) “A study of the shadowing of galactic cosmic rays by the Sun in a quiet phase of solar activity with the Tibet air shower array”, Amenomori, M. et al, Astrophysical Journal, Vol.
542, 1051-1058 (2000)
2) “Variation of Sun shadow in the Solar Cycle 23 observed with the Tibet air shower array”, Amenomori, M. et al, Advances in Space Research, 38, 936-941 (2006).
3) “Probe of the Solar Magnetic Field Using the Cosmic-Ray Shadow" of the Sun”, M. Amenomori, et al., Physical Review Letters,111, 011101（2013）
4) “Interplanetary Coronal Mass Ejection and the Sun's Shadow Observed by the Tibet Air Shower Array”, K. Kawata et.al., 35th ICRC (2017)
5) “Solar magnetic field strength and the “Sun's Shadow””, Y. Nakamura et.al., 35th ICRC (2017)6) 中村佳昭,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽磁場構造の研究10」, 日本物理学会2018年春季大会（東京理科大学）, 22aK308-10 (2018)
7) “Evaluation of the Interplanetary Magnetic Field Strength Using the “Cosmic-Ray Shadow” of the Sun”, M. Amenomori, et al., Physical Review Letters, 120,031101（2018.01）
8) “Influence of Earth-directed Coronal Mass Ejections on the Sun’s Shadow Observed by theTibet-III Air Shower Array”, M. Amenomori et al., The Tibet ASγ Collaboration, The Astrophysical Journal, 860, 13 (2018.06)
9) “First Detection of Photons with Energy beyond 100 TeV from an Astrophysical Source”, M.
Amenomori et al., Phys. Rev. Lett. 123, 051101
10) “Can we estimate the variation of the z-component of the interplanetary magnetic fieldfrom the sun shadow?”, Y. Nakamura et.al. PoS(36th ICRC 2019)1132
11) 中村佳昭,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽磁場構造の研究11」, 日本物理学会2018年秋季大会（山形大学）, 19aT13-9(2019)12) “Potential PeVatron supernova remnant G106.3+2.7 seen in the highest-energy gamma rays”, M. Amenomori et al., Nature Astronomy 5, pages 460–464 (2021)
13) “First Detection of sub-PeV Diffuse Gamma Rays from the Galactic Disk: Evidence for Ubi
quitous Galactic Cosmic Rays beyond PeV Energies”, M. Amenomori et al. (Tibet ASγ Collaboration), Phys. Rev. Lett. 126, 141101(2021)
14) “Measurement of the Gamma-Ray Energy Spectrum beyond 100 TeV from the HESS J1843–033 Region”, M.Amenomori et.al. for the Tibet ASG Collaboration, The Astrophysical Journal, 932 1
20 (2022)
15) “The solar magnetic field and the sun shadow in high-energy cosmic rays observed by theTibet ASgamma experiment”, M. Takita for the Tibet ASgamma Collaboration, COSPAR2022
16) “The sun shadow in high-energy cosmic rays observed with the Tibet air shower array, asa probe of the solar magnetic field”, M. Takita for the Tibet ASgamma experiment, ECRS202
2.
17) "Highlights from the Tibet ASgamma experiment", M. Amenomori et al. (Tibet ASγ Collaboration), ICRC2023(CRI1-01)
18)"Observation of Gamma Rays up to 320 TeV from the Middle-aged TeV Pulsar Wind Nebula

HESS J1849−000", M. Amenomori et al 2023 ApJ 954 200, DOI 10.3847/1538-4357/acebce

整理番号 F11