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JEM-EUSO

JEM-EUSO. 戎崎俊一 理研基幹研 Deputy PI of the JEM-EUSO collaboration. UHECR 研究会 2012 年 10 月 28 日東大宇宙線研. JEM EUSO コラボレーション. 日本、米国、韓国、メキシコ、ロシア ヨーロッパ：ブルガリア、フランス、ドイツ、イタリア、ポーランド、スロバキア、スペイン、スイス 77 機関、 250 人以上の研究者 理研 : ：取りまとめ機関. a) 蛍光. b) 散乱チェレンコフ光. p, 10 20 eV, 60 deg. c) 地上散乱チェンレンコフ光.

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Presentation Transcript

  1. JEM-EUSO 戎崎俊一 理研基幹研 Deputy PI of the JEM-EUSO collaboration UHECR研究会2012年10月28日東大宇宙線研

  2. JEM EUSOコラボレーション • 日本、米国、韓国、メキシコ、ロシア • ヨーロッパ：ブルガリア、フランス、ドイツ、イタリア、ポーランド、スロバキア、スペイン、スイス • 77 機関、 250人以上の研究者 • 理研:：取りまとめ機関

  3. a) 蛍光 b) 散乱チェレンコフ光 p, 1020eV, 60 deg c) 地上散乱チェンレンコフ光 GTU time units 高速のシグナル Simulation of the light profile observed at the entrance pupil (above) and of the observed shower image (using the ESAF code)

  4. 基本科学目的 • 荷電粒子天文学の確立 • 高統計到来方向解析による線源の同定 • 個々の線源のエネルギースペクトル測定 • GZK構造の高統計測定 E>5.×1019eVにおける物理と天文学

  5. JEM-EUSO EE target region JEM-EUSO SCIENCE OVERLAP 2nd Knee 1st Knee HE flux suppression (GZK?) Ankle ICRC 2011 : Beijing : JEM-EUSO Gustavo Medina-Tanco – ICN-UNAM

  6. ISS Orbit Inclination: 51.6° Height: ~400km JEM-EUSO can observe the arrival direction of EECR very uniformly owing to the nature of the ISS orbit. http://www.nlsa.com/ Full-Sky Coverage

  7. JEM-EUSO science potential Single source astronomy (1) PSF identification, (2) individual spectra, (3) multiplet statistical analysis, (4) catalogue cross-correlation, (5) multiwavelength study, (6) GMF determination log E Same as previous with Auger present exposure

  8. Distribution of Astronomical Objects X-ray Burst stars Planetary Nebulae GRB ? Globular Clusters Radio Sources Nearby Galaxies

  9. JEM-EUSO EE target region トップダウン方向で宇宙線起源論にアプローチ JEM-EUSO SCIENCE OVERLAP 2nd Knee 1st Knee HE flux suppression (GZK?) Ankle 1018-1020eV宇宙線の起源論は一体 Gustavo Medina-Tanco – ICN-UNAM

  10. Why JEM-EUSO? Large exposure + Full sky coverage 1 MLinsley

  11. Comparison with current observatories

  12. Estimation of event statistics • Observational time 19% & cloud-impact 70% • Incident spectrum assumed to Auger ICRC2011 • Recovery model (Medina Tanco) also tested Auger with recovery Auger + 20% Auger without recovery If actual spectrum were Auger without recovery

  13. Expected number of events in 1 year data taking Full FoV & all q R<150 km & q > 60 JEM-EUSO ●Auger ●TA R<60 km & q > 60

  14. Expected number of events 5 years (>E)‏ JEM-EUSO with recovery JEM-EUSO without recovery

  15. Expected number of events 5 years (>E)‏ GZK回復がある⇒陽子で加速限界はさらに上 GZK回復がない⇒陽子以外か加速限界がここ JEM-EUSO with recovery JEM-EUSO without recovery

  16. 試験的探求研究（１） • 新メッセンジャー • 超高エネルギーニュートリノの検出 • X0 and Xmax • 超高エネルギーガンマ線の検出 • Xmaxの変化LPM effect • 磁場magnetic fields • 銀河磁場と局所宇宙の磁場構造に制限 高い発見能力と新しい物理への制限

  17. ニュートリノと陽子: Xmax Supanitsky & Medina-Tanco 2011 Distribution of Xmax for protons and neutrinos for E=1020 eV and θ=85° (First Peak of the shower profile)

  18. Upper limits on neutrino flux G. Medina Tanco - ICN/UNAM

  19. GMF assesment through PSF global patterns Medina-Tanco & Teshima (2003) Individual PSFs do not need to be visible – 2D correlation function in (l,b) is enough to recover the structure. G. Medina Tanco - ICN/UNAM

  20. Fe: 500ev from ULX & no background events log E

  21. 試験的探求研究（２） • Exploratory Objectives: Atmospheric science • Nightglow • Transient luminous events • Space-atmosphere interactions and climate change • Exploratory Objectives: Meteors and meteoroids A fast UV monitoring of the atmosphere

  22. Key observation and instrument requirements

  23. きぼう Japanese Experiment Module “Kibo” July 2009 51.6°

  24. Robotic Arm Candidate positions for JEM-EUSO Standard Payload: mass 500 kg, envelope:1.85m×1.0m×0.8m

  25. All mission aspects have been successfully studied by JAXA and RIKEN: open issue of ISS resources.

  26. 国際協力 DAQ Electronics Optics Rear Fresnel Lens Precision Fresnel lens Support Structure Iris Front Fresnel lens Telescope Structure Focal Surface Detector On-board Calibration BUS System : JAXA Ground Based Calibration Housekeeping Ground Support Equipment Atmospheric Monitoring Simulation : Worldwide

  27. サイドプロジェクト • TA-EUSO • EUSO-Balloon • UVT：きぼうロボットアーム把持

  28. TA-EUSO 2012年の12月までに Telescope Array (TA) サイトにおける検出器テスト • TA-EUSO 望遠鏡はBlack Rock Mesaの蛍光望遠鏡の前に置く • Electron Light Source at 100m • Most nearby SD is at ~3.5 km • Central Laser Facility ~21km

  29. JEM-EUSO Balloon • 気球から下を見る • UV望遠鏡 (PDM EM + 3 lenses system) • 光学テスト • 背景光テスト • 40kmの高さから空気シャワーを見る フランス宇宙機関（CNES） Phase B進行が決定 • 2014年の打ち上げ • 3回のフライト

  30. 1m*1m square lens manufacturing

  31. JEM-与圧部利用ミッション公募 MICRO-UVT

  32. マイクロUVTの視野 UV背景光のMAP

  33. Programmatics (1) • ヨーロッパ宇宙機関（ESA）: 2010年からELIPSプログラムの一部として研究。ESAは宇宙機関における調整役 • ロシア宇宙機関（ROSCOSMOS） • Tsniimash(RoscosmosISS研究機関) Prof. Panasyuk（Russian PI）がJEM-EUSOについてSTEC委員会で報告、了承を得る • モスクワ州立大学にて国際JEM-EUSO会合（2012年5月） • Tsniimash研究所、ISS担当副所長からROSCOSMOS副理事長に手紙：JEM-EUSOへ参加とISS資源についての国際調整の依頼 • 望遠鏡構造（含む伸展機構）を担当することで基本合意：MOU交換

  34. ROSCOSMOS有人プログラム所長への手紙

  35. Programmatics (2) • 米国宇宙機関（NASA）: 2012年3月に新PIのAngela Olinto（シカゴ大）のもとARPA/ROSESに新提案： • 地上較正用光源 • 米国の宇宙ステーション資源の提供への道を開く。 L. Weincke A.Olinto L.Anchordoqui 採択！

  36. Space Agencies • JAXA：Japan • ESA: Europe • NASA ：US • Roscosmos：Russia • National Space Agencies • ASI, CNES, DLR, etc

  37. まとめ • 挑戦１：新しい観測手法 • 宇宙から空気シャワーを見る最初のミッション • 挑戦２：荷電粒子天文学 • 極限エネルギー宇宙線の線源を同定 • 個々のスペクトルを図る • 露出の飛躍的な増加 • 1020eVでPAOの9倍、最高エネルギーで27倍 • 一様な露出 • トップダウン（高⇒底）の宇宙線起源論 • 独立の情報 • 挑戦３：物理の基本原理 • ローレンツ不変性、新物理への制限 • 挑戦４：国際協同 • 3つの大陸にまたがった広範な国際協力 • 国際宇宙ステーション

  38. これは始まりに過ぎない

  39. Released from ISS in perfect condition Space Assembly & Deployment

  40. Price tag $700M Out of Strategic Planning 2002-2003 Optics option 15 FOV Limited by Schmidt Space Assembly & Deployment

  41. Four Space-Based Missions

  42. JEM-EUSO EE target region JEM-EUSO SCIENCE OVERLAP 2nd Knee 1st Knee HE flux suppression (GZK?) Ankle S-EUSO Gustavo Medina-Tanco – ICN-UNAM

  43. 予備

  44. Old Multi-OWL1996 Space Assembly & Deployment

  45. Individual source identification HALO BORDER G. Medina-Tanco, 2009 source Inter-Galactic MF Galactic MF SOLAR CIRCLE G. Medina Tanco - ICN/UNAM

  46. Protons: E>55 EeV - 300ev from ULX + 500ev (bckgr) from IRAS log E True source direction High energy Low energy G. Medina Tanco - ICN/UNAM

  47. JEM-EUSO @ 5 yr 800 events: 70% bckgr from IRAS LSS + 30% from ULX PSrc G. Medina Tanco - ICN/UNAM

  48. JEM-EUSO @ 5 yr 800 events: 70% bckgr from IRAS LSS + 30% from ULX PSrc G. Medina Tanco - ICN/UNAM

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