2年間のデータ蓄積により観測領域を拡張。4.8テラ電子ボルトまでの高精度電子識別に成功

国際宇宙ステーション搭載の高エネルギー電子・ガンマ線観測装置（CALET）による電子スペクトル測定

早稲田大学理工学術院教授・CALET代表研究者 鳥居 祥二（とりい しょうじ）、同主任研究員 浅岡 陽一（あさおか よういち）と国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（JAXA）及び国内他機関、イタリア、米国の国際共同研究グループは、国際宇宙ステーション（ISS）・「きぼう」日本実験棟の船外実験プラットフォームに搭載された高エネルギー電子・ガンマ線観測装置（CALorimetric Electron Telescope: CALET）を用いて、これまで困難であったテラ電子ボルト領域において、4.8テラ電子ボルトまでの高精度エネルギースペクトルの測定に成功しました。

2015年8月に「きぼう」船外に設置され、同年10月より高エネルギーの宇宙線観測を開始したCALETは、全天を網羅的に観測対象とできるISSの軌道（短時間で地球を一周する軌道）等のメリットを活かして、日本の宇宙線観測としては初めての本格的な宇宙実験を長期にわたって行っています。

「きぼう」船外実験プラットフォームに取り付けられているCALET（〇で囲んだ装置）
（出典： JAXA/NASA）

高エネルギーの宇宙線がどこからきてどのように加速されたのか（＝高いエネルギーを得たのか）は、まだ充分にはわかっておらず、宇宙に残された未解明の問題の一つとされています。観測対象である高エネルギーの宇宙線のうち最も重要なものの一つが電子です。しかしながら、(1) 高精度でのエネルギー測定、(2) 非常に小さい流束を検出する感度、(3) 同じエネルギーで1000倍以上となる陽子からの識別、が全て必要となることにより、これまで１テラ電子ボルトを超えるエネルギーを持つ電子を計測することが困難とされていました。

従来の観測装置より高度な機能を有するCALETの検出装置「カロリメータ」は、その特徴を活用し、かつISS搭載によって可能になる長期観測という条件を組み合わせることで、テラ電子ボルト領域にわたる高エネルギー電子スペクトルの精密測定を可能としています。

今回の観測結果は、2017年11月に論文掲載された「1テラ電子ボルトを超えるエネルギーをCALETが高い精度をもって直接測定、3テラ電子ボルトまでの高精度エネルギースペクトルの測定」に引き続き、これまで精密な結果を得ることが困難であった、測定器の側面を通過するイベントに対する新たなデータ解析手法の開発等により、その時の約2倍の統計量データを取得し、観測領域を4.8テラ電子ボルトまで拡張しました。今後、5年間以上の観測データを蓄積し全データを解析することで、今回の結果の約3倍の統計量を達成することができます。検出器のより深い理解による系統誤差の削減とあわせて、観測エネルギー範囲を拡大し、20テラ電子ボルトまでの全電子スペクトルをかつてない精度で測定することが目的です。これらの電子スペクトルの測定により、近傍加速源を発見し、暗黒物質の正体を解明していくことが大きく期待されています。

本研究成果は、国際学術雑誌「Physical Review Letters」オンライン版に2018年6月25日に掲載されました。

• 雑誌名: Physical Review Letters 120, 261102 - Published 25 June 2018
• 論文名: Extended Measurement of Cosmic-ray Electron and Positron Spectrum from 11 GeV to 4.8 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station
• DOI: 10.1103、Physical Review Letters 120, 261102, 2018 - Published 25 June 2018
• 著者名: O. Adriani et al. (CALET Collaboration) corresponding authors: S. Torii and Y. Asaoka

さらに詳細は早稲田大学のプレスリリースをご覧ください。

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