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FERMI Gamma-Ray Space Telescope Collaboration (Large Area Telescope Collaboration)

2011.3.7 日米委員会. FERMI Gamma-Ray Space Telescope Collaboration (Large Area Telescope Collaboration). Yasushi Fukazawa Hiroshima University Elliott Bloom SLAC. 参加研究機関. 日本. 米国. SLAC E.D. Bloom, R. Cameron E. De Silva, T. Kamae , Y. Uchiyama R. Dubois, P. Drell , T. Tanaka NASA/GSFC

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FERMI Gamma-Ray Space Telescope Collaboration (Large Area Telescope Collaboration)

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Presentation Transcript

  1. 2011.3.7 日米委員会 FERMI Gamma-Ray Space Telescope Collaboration(Large Area Telescope Collaboration) Yasushi Fukazawa Hiroshima University Elliott Bloom SLAC

  2. 参加研究機関 日本 米国 SLAC E.D. Bloom, R. Cameron E. De Silva, T. Kamae, Y. Uchiyama R. Dubois, P. Drell, T. Tanaka NASA/GSFC J. McEnery, N. Gehrels Stanford University P. Michelson (Principal Investigator of LAT) UCSC R.P. Johnson, W.B. Atowood, S. Ritz, H.W.F. Sadorozinski, Abe Seiden NRL: N. Johson 広島大学 大杉節、深澤泰司、水野恒史、 　　高橋弘充＋学生8 JAXA/ISAS 高橋忠幸、尾崎正伸、大野雅功、田中康之、奥村暁、L.Stawarz ＋学生5 東京工業大学 河合誠之、谷津陽一、森井幹夫、 浅野勝晃＋学生5 名古屋大学：田島宏康 早稲田大学 片岡淳、中森健之＋学生2 京都大学：窪秀利＋学生1 茨城大学：片桐秀明

  3. History 1997 GLAST 参加（釜江、大杉） 1998 　日米申請（代表：釜江）シリコン・ストリップ検出器（SSD)R&D 1999 LOIをNASAに提出、公表 2001 　日本開発SSDを使う Large Area Telescope 案、採択(代表：大杉） 2002 – 2004 Flight Model SSD 生産、品質検査、放射線耐性検査 2005 – 2006 Large Area Telescope 組み立て、検査 • 　　衛星組み込み、完成検査 • .6.11 Cape Canaveral 基地からデルタ II ロケットで打ち上げ成功, 衛星立ち上げ、LAT電源投入、較正 2008.8.4　観測開始 2011.2 2年半の運用と成果:　約130編の論文 • Measurement of the cosmic ray e+ + e- spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope, Abdo, A. A. et al. 2009, Phys. Rev. Lett., 102, 181101: citation >450 • A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects Abdo, A. A. et al. 2009, Nature, 462, 331

  4. Fermi-LATの特徴 ＊High Detection Efficiency ＊ no consumable element, long life ＊Large Field View　広視野望遠鏡 ＊常に空の20% を見る FOV～ 2 str 　＊空のあらゆる部分を ３時間毎に３０分観測 ＊Huge Energy Range ＆ unexplored band 　　極めて広いエネルギー領域&初の観測領域 LAT: 20MeV ～　３００GeV以上 ＊Fine Time Resolution & Short Dead Time 0.3 mｓ ＜１００　mｓ

  5. LAT Status & Performance Number of hot channels Number of layers =576 No. of channels/layer =1536 Total number of channels= 884,736 203 strips masked (打ち上げ時) 325(1年後）122/year 333(1.5年後）16/year 382(2.5年後) 49/year (0.04%) Dead channels= 5/layer (0.35% ,～3000 channels)

  6. Noise occupancy of the LAT ~6500 (0.65%) channels/trigger Total read out Channels =884,736 現在 打ち上げ

  7. 1451sources （> 5sigma） - 1,451 sources; Ap. J. Suppl. 188 405 (2010) Now >2000 sources

  8. 宇宙線電子スペクトル フェルミ６ケ月観測結果（赤） • 高エネルギー宇宙線電子(数100 GeV以上)は近傍のソース(宇宙線加速器もしくは暗黒物質起源)をプローブする. • Fermiは, わずか6ヶ月で他のミッションを圧倒する超高統計・広帯域の電子陽電子スペクトルを取得 • 陽子backgroundを落とすためのイベント選別には, 高エネルギー加速器実験で用いられる手法が活用されている. • 同時期のPAMELA宇宙線観測衛星のデータと合わせることで, 近傍の宇宙線加速源もしくは暗黒物質のモデルに強い制限をつける. 右図はその一例. (Mass ~ 900 GeV) • 統計を上げ, 異方性を見ることで, 宇宙線加速源/暗黒物質シナリオの区別が可能と期待される. 電子異方性など。。。。

  9. Cosmic-Ray Electron Spectrum 7 GeV – 1 TeV Accepted for publication in Physical Review D extension of analysis reported in Abdo, et al, Phys. Rev. Lett. 102, 181101 (2009) .

  10. 宇宙線電子陽電子の到来方向の異方性 もし近くに加速源があれば、その方向が強い No-anisotropy map （simulation） 60GeV-480GeVで、上限値0.5-5% CRE spectrum at Earth 今後、データが 蓄積されていくと、さらに上限値が下がる。 Monogem 実データ sky map Vela Fermi HESS Dipole Anisotropy Fermi (3s UL) Significance map Vela Monogem

  11. フェルミ衛星によるダークマターからのガンマ線探査フェルミ衛星によるダークマターからのガンマ線探査 銀河中心 明るいが、天体や宇宙線からのガンマ線混入が大きいので、難しい ★ダークマターsatetllite 矮小銀河やダークマターの小塊を探査。探しやすい Milky Way Halo 銀河面放射や背景放射との区別が難しい All-sky map of simulated gamma ray signal from DM annihilation (Baltz 2006) ★Spectral Lines 天体からの寄与を考えなくても良い。 ★宇宙背景放射 天体からの放射との区別が必要 ★銀河団 加速粒子からの放射との区別が必要

  12. Dark matter constraints April 2010 the isotropic diffuse gamma-rayemission is in good agreement with a power law, not showing any signature of a dominant contribution from dark matter sources in the energy range from 20 to 100 GeV. Absolute size and spectral shape of measured flux used to derive cross section limits on 3 types of generic dark matter candidates: annihilating into quarks, charged leptons and monochromatic photons. Derived limits also start to probe cross sections expected from thermally produced relics. March 2010 May 2010 for leptonic annihilation final states and particle masses > 200 GeV, γ-ray limits exclude large regions of parameter space that would give a good fit to recent anomalous Pamela & Fermi-LAT electron-positron measurements Gamma-ray flux upper limits, combined with improved determinations of dark matter density profiles in 8 dwarf galaxies, put limits on pair-annihilation cross section of WIMPs in several widely studied extensions of the standard model, including its supersymmetric extension. Able to rule out large parts of parameter space where thermal relic density is below the observed cosmological dark matter density and WIMPs (neutralinos here) are dominantly produced non-thermally, e.g., in models where supersymmetry breaking occurs via anomaly mediation. The gamma-ray limits also constrain some WIMP models proposed to explain the Fermi and PAMELA e+e− data, including low-mass wino-like neutralinos and models with TeV masses pair annihilating into muon–antimuon pairs. March 2010 Gamma-ray line flux upper limits from 30 to 200 GeV in the range 0.6–4.5 x109 cm-2 s-1, provide corresponding DM annihilation cross-section and decay lifetime limits.

  13. ガンマ線バーストによる量子重力効果の制限 GRB090510 Pulsar (Kaaret 99) GRB (Ellis 06) AGN (Biller 98) GRB (Boggs 04) AGN (Albert 08) GRB080916C Planck mass min MQG (GeV/c2) 1.8x1015 0.9x1016 4x1016 1.8x1017 0.2x1018 1015 1016 1017 1018 1019 1.5x1018 1.2x1019 1.6x1019 MQG,1 > 1.60×1019 GeV/c2 今までのあらゆる観測で最も強い制限 ある種の量子重力理論を棄却する 本年度は明るいバーストが発生せず

  14. 我々の銀河系内部の宇宙線強度分布 予想よりも宇宙線は銀河系外側で多い 宇宙線ハローサイズ1,2kpc 予想していた宇宙線分布 ガンマ線放射率 宇宙線ハローサイズ4kpc 宇宙線ハローサイズ10,15,20kpc Gal. Center Sun II quad. III quad. II quqd. III quad. 銀河系中心からの距離

  15. 他の銀河の宇宙線強度の測定も進んできた 星生成によって宇宙線が生成されて明るくガンマ線で 輝く描像と一致。ただし、おおまかな相関が見つかったばかりで、パルサーの寄与や閉じ込め効率などの議論は今後。 ガンマ線光度 --- case of a=1.0 Lg ~ SFRa with a=1.4 +/- 0.3 (fit with Local Group only) 星生成率

  16. クエーサーから、ガンマ線フレアに同期した可視偏光面回転の検出クエーサーから、ガンマ線フレアに同期した可視偏光面回転の検出 ガンマ線 (LAT) g-ray photon index (LAT) ガンマ線フレアとともに、可視偏光面の角度が回転 （20日で208度回転） X-ray optical-UV シンクロトロン放射は、磁場とほぼ垂直方向に偏光 可視偏光度 広島大学かなた望遠鏡 可視偏光面の角度（向き） ジェットの磁場構造の情報 Near-Infrared Radio

  17. 新たなガンマ線AGN: 電波ローブ (Cen A Lobe) これまで見つかった最も巨大な粒子加速源（数100万光年の大きさ） Fermi(GeV) 電波(WMAP) 月 700kpc (注)ローブからの放射はビーミングしていない ジェットの根元からTeV電子が出ているとすると、300kpcも走る前に、弱ってしまう。 巨大な電波ローブ自体で加速されている（新たな加速機構の可能性）

  18. 多数のミリ秒パルサーの発見が続いている。 ミリ秒パルサーは、重力波源として重要 Scott Ransom (NRAO), HEAD meeting talk, March 2010 Nature January 14, 2010

  19. Fermi began the year with recognition as one of the top 10 science breakthroughs of 2009 Science, December 2009 Breakthrough of the Year was thereconstruction of the 4.4-million-year-old Ardipithecus ramidusskeleton

  20. 2011 Rossi Prize American Astrophysical Society, High Energy Astrophysics Division 2011 Bill Atwood, Peter Michelson, and the Fermi Gamma Ray Space Telescope LAT team The 2011 Rossi Prize is awarded to Bill Atwood, Peter Michelson, and the Fermi Gamma Ray Space Telescope LAT team for enabling, through the development of the Large Area Telescope, new insights into neutron stars, supernova remnants, cosmic rays, binary systems, active galactic nuclei, and gamma-ray bursts.

  21. 2011年度計画 • 全天サーベイ観測続行＋特異イベント自動指向 • ISOC運用（LATモニター、解析用データ） • ３極（米国、日本、ヨーロッパ） 　　　　２４時間　特異現象監視体制 解析・物理 • 3年間観測、点源カタログ公表 • DM観測続行（銀河中心、近隣矮小銀河、銀河団） • 宇宙線の分布や加速源の探査 • ガンマ線バースト、ブラックホールジェット、超新星残骸、他の突発天体等の高エネルギー粒子の加速現場 • Reconstructionのアップデート

  22. ２０１１年度所要金額 日本の貢献 ＬＡＴ建設費 　５％ 人員　　　　 10％ 論文貢献 20％ モニター　5～30% • CommonFund（ISOC運用費） Full Member: $6.5k, Affiliated Member: $1.3k • Full member: 15人 X 6.5k = $ 97.5k • Affiliated member: 8人 X 1.3k = $ 10.4k Total : $ 107.9k（917万円 @$1=\85） • 解析用CPU+Disk: 197万 合計　　1114万円(1000万円要求） 足りない分は、他費用で賄う • 旅費 Collaboration Meeting(SLAC/NASA) , Analysis Meetings(in US) 　 　　 １7名分＝400万円

  23. 他の資金獲得状況（２０１１年度） 獲得済み 科学研究費補助金　基盤Ｂ　（水野）　170万円 科学研究費補助金　若手Ｂ　（片桐）　100万円 科学研究費補助金　若手Ｂ　（大野） 80万年 旅費、論文出版費、計算機 申請中、あるいは申請予定 ISAS/JAXA 飛翔体による宇宙観測支援経費　　500万円 ISASフェルミ関係活動費、LAT運用経費、旅費 科学研究費補助金　新学術領域　計画研究（研究代表者：内山） 4570万円 SLAC・宇宙研・名古屋大学のＸ線観測およびフェルミ関係活動費 　　　　　　　　　　　　　　（計算機、旅費、ＰＤ雇用費） 科学研究費補助金　基盤Ｓ （研究分担者：深沢）　1260万円 科学研究費補助金　基盤Ｂ （研究代表者：深沢）　1050万円 Ｘ線検出器開発と 広島大でのフェルミ関係活動費（計算機、旅費）

  24. 長期計画・見通し 2008.8 – 2013.8 第一期衛星運用・観測（５年） 2009.8　観測データの即時公開開始 2011.2　現在、LATガンマ線望遠鏡は完ぺきな稼働 観測成果論文は80%以上がフェルミ共同研究チーム 2012 　　第一期運用成果をまとめ公表 　　　　第二期運用観測の提案、評価と承認必要 2013.8 – 2018.8 第二期衛星運用・観測（予定）

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