高田 淳史 (京大理)~30 objects/10 years
V. Schönfelder+ (A&AS, 2000)

次世代MeVガンマ線望遠鏡への要請

GoodCGRO/COMPTEL

Sensitivity

1-30 MeV

MeV sky map

Bad

元素合成
SNR : 放射性同位体
銀河面 : 26Al・電子陽電子対消滅線
粒子加速ジェット (AGN) :シンクロトロン + 逆コンプトン
強い重力場Black hole : 降着円盤, π0Etc.
ガンマ線パルサー, 太陽フレア

erg / (cm2 sec)
EGRET

goal

Fermi

Air
Cherenkov

Astro-H

Obs. Time : 106 sec

Sub-GeVmap
GeV skysky
mapFermi/LAT>30-100
1 GeV MeV

>5000
~200 objects/8 years
G.
F. Principe+Acero+ (ApJS,(A&A, 2015)2018)• 数百keV ~ 100 MeVの広帯域• 全天探査の為の広い視野• 高S/Nの鮮明な画像

ガス飛跡検出器
コンプトン反跳電子の飛跡とエネルギー ピクセルシンチレータアレイ
コンプトン散乱ガンマ線の吸収点とエネルギー

検出事象ごとにコンプトン散乱を完全に再現
GSOシンチレータ





~1 m

SMILE-2+ ETCC

到来方向とエネルギーを一意に特定
大きな視野 (~3 sr)
電子飛跡による鋭いPSF⇒ 範囲外の雑音をイメージングで除去
a角によるコンプトン散乱運動学テストとdE/dxによる粒子識別による雑音除去能力
 重いVETO検出器が不要

 搭載機器
Alice Springs
帯域：0.3~5 MeV
有効面積：~1 cm2 (0.3 MeV)
PSF：~20°(0.6 MeV)
重量：511 kg 消費電力：~250W
 観測対象：
銀河中心領域の511 keV
かに星雲 2018年4月7日 6:24 (ACST)放球 高度 >38 kmで~26時間の水平浮遊
 ETCCは飛翔中おおよそ安定に動作 機器は2018年4月9日に無事回収 ⇒ 現在も京大で動作中zenithelectron-candidate

pair production
candidate

30 cm

nadir

30 cm
Cosmic-ray candidate

shower event

高エネルギー事象(for > 1 MeV)

低エネルギー事象(for < 1 MeV)

1. double scintillator hit

1. single scintillator hit

2. escaped electron

2. 有効体積内に散乱点がある

3. 飛跡-シンチ間の接続状況

3. fully contained electron

4. 有効体積内に散乱点がある

4. α角でのCompton散乱の保証

5. α角でのCompton散乱の保証

[σ]低エネルギー事象

銀河中心領域

かに星雲

64~10σ~5σ

2[events/s/sr/MeV]

01

銀河中心領域のスペクトル
ON：4/8 4:30-6:30
OFF: 4/7 11:00-4/8 1:30

10-1

10-2
10-3
高エネルギー事象
0.20.512510
Energy [MeV]かに星雲

系内拡散ガンマ線

SMILE-2+
SMILE-2+

A. W. Strong+ (2011)に加筆

60Fe

511 keV 銀河面に広がる放射はMeV領域にも存在
 MeV領域の放射起源について深い議論はされていない← 観測の信頼度不足
 宇宙線電子による逆コンプトンと観測値には乖離がある 空間分解されていない天体の集合体？
 宇宙線で励起された原子核からの脱励起線？
 他の何か？

26Al

COMPTEL
SPI

ICe±

Fermi

π0

 EXPACSにより環境放射線を計算
 陽子・中性子・電子・陽電子⇒ 天頂角10°きざみ
 Geant4で雑音環境をsimulation⇒ 検出器で検出される事象は？
p, n, e-, e+

宇宙+大気ガンマ線

by SMILE-I

Total
大気成分
instrumental
系外拡散差分の大気の厚みに対する変化⇒ 大気ガンマ線を見積もり⇒ 系外拡散ガンマ線のスペクトル

SMILE
SMILE-I @ 三陸 (Sep. 1st 2006)
 宇宙拡散・大気ガンマ線の観測 (0.1 ~ 1MeV)

 dE/dXによるバックグラウンド除去の成功

SMILE-II: 地上試験のみ

A. Takada+. ApJ,2011

T. Tanimori+. ApJ,2015

SMILE-2+ 1-day flight @ Alice Springs (Apr. 7th 2018)

MeVガンマ線天文学におけるイメージングの確立
明るい天体(かに星雲と銀河中心)のイメージング
Requirement
Effective areaa few cm2
radius(detect 5s ) PSF (50% included) ~ 10 deg @ 662 keV

SMILE-3Now‼

長時間気球を用いた科学観測
COMPTELの感度を上回る望遠鏡で数回放球人工衛星による全天観測~ sub-mCrab sensitivity

検出感度を向上させて科学観測へ⇒ @ Alice Springs : e±の銀河面分布・Cen A・NGC4945他@ Fort Sumner : Cyg X-1 / Crabの偏光観測

有効面積を >5倍、角度分解能2~3倍改善していく為に…
シンチレータの改良
光読み出しをMPPCへ⇒ エネルギー分解能向上
角度分解能向上 CF ガス 3気圧
4 3軸 μ-PIC
 MPPC読み出し
11% with PMT
 容器軽量化
8% with MPPC

ガス飛跡検出器の改良⇒⇒⇒⇒

有効面積 3.5倍
SPD 3~4倍
ARM 1.2倍
減衰量 ~20%低下

CF4 baseのガスで3気圧
ガス容積を(50 cm)3へ
ガス圧力容器の軽量化
3軸読み出しµ-PIC
PSF ~3倍全体システムの改良
ガス圧力容器を露出
構造体の見直し (軽量化)

今回からの修正点
姿勢センサの見直し

Effective area [cm2]

V. Schönfelder+, ApJS (1993)
S. Watanabe+, NIM A(2014)

COMPTEL
SGD(6 CCs)SMILE-3low-energy
events (30 cm)3内でCompton
 散乱ガンマ線がGSOで光電吸収
 反跳電子がTPC内で止まる
or GSOで止まる 反跳電子が2 mm以上飛ぶ
10 cm2 @ 0.3 MeV
6°@ 1 MeV

Energy [MeV]Tobs = 106 s
DE = E

電子陽電子対消滅線
銀河面に広く分布？

銀河中心領域＋ハロー的？

26Al-like

SPI/INTEGRAL
T. Siegert+, 2016
背景として有効面積 ~5 cm2 @ 0.5 MeV
系内拡散ガンマ線
空間分解能~10度 @ と0.5 系外拡散ガンマ線
MeV
南半球の高度40 kmで30日間観測 を追加

3.6°×1.8°/pixel050100[events]

Thank you for your attention!
http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp