[論文レビュー] The Extreme Universe Space Observatory on a Super-Pressure Balloon II Mission.

Lawrence Wiencke, Angela V. Olinto|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 9被引用数 5

ひとこと要約

EUSO-SPB2 は、ペブトンおよびエクサエレクトロン・ボルトのエネルギー領域における超高エネルギー宇宙線を検出することを目的とした、高高度超圧バルーンミッションである。このミッションでは、紫外線に感受性を持つ空気シャワー検出用蛍光望遠鏡と、UV/VIS領域のチェレンコフ放射を検出するチェレンコフ望遠鏡の2台の光学望遠鏡を用いる。このミッションは、ANITAが報告した上向きイベントの光学的特徴を検証し、宇宙線背景を測定することを目的としており、将来のマルチメッセンジャーアストロフィジックスの宇宙望遠鏡の前身となる。

ABSTRACT

The Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon II Mission (EUSO-SPB2) is a precursor for a next generation space observatory for multi-messenger astrophysics. The EUSO-SPB2 instrument will measure PeV and EeV-scale cosmic rays, optical backgrounds that could mimic tau neutrino interactions in the Earth's limb, and search for optical signatures consistent with the upward-going candidate events that the Antarctic Impulse Transient Antenna (ANITA) reported. The payload, now in the design and fabrication stage, features a pair of optical telescopes that have 1 meter diameter apertures. The Fluorescence Telescope will have sensitivity in the UV to target extensive air showers at EeV energies. The Cherenkov Telescope will have UV/VIS sensitivity to target Cherenkov emission from air showers at PeV energies. The planned launch date is 2022. We discuss the science and mission, and the current status.

研究の動機と目的

• 高高度超圧バルーンに搭載された光学望遠鏡を用いて、ペブトンおよびエクサエレクトロン・ボルト領域の宇宙線を測定すること。
• 地球の縁におけるタウニュートリノ相互作用を模倣する可能性がある光学的背景を特徴づけること。
• ANITA実験が報告した上向きイベントと整合する光学的特徴を探索すること。
• マルチメッセンジャーアストロフィジックスにおける将来的な宇宙望遠鏡の検出技術を検証すること。
• 宇宙線科学における大口径光学望遠鏡が成層圏の環境で実現可能であることを実証すること。

提案手法

• ペイロードは、紫外線帯域で動作する蛍光検出用と、UV/VIS帯域でチェレンコフ放射を検出する2台の1メートル径の光学望遠鏡を用いる。
• 蛍光望遠鏡は、エクサエレクトロン・ボルト領域の宇宙線が引き起こす広がった空気シャワーからの紫外線光を検出する。
• チェレンコフ望遠鏡は、ペブトンエネルギー領域の空気シャワーからのチェレンコフ放射を検出する。
• 超圧バルーンを用いることで、高高度で長時間にわたる安定飛行を実現する。
• ミッション設計により、一時的な光学信号を検出できるように、大気および地球の縁を連続観測可能である。
• システムは、実際の宇宙線イベントと背景の光学ノイズを区別できるようにキャリブレーションされている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ANITAが報告した上向き宇宙線イベントの光学的特徴が、バルーン搭載望遠鏡を用いて確認可能かどうか。
• RQ2 地球の縁における光学的背景のレベルと性質は何か。これはタウニュートリノ相互作用を模倣する可能性がある。
• RQ3 紫外線感受性の望遠鏡が、エクサエレクトロン・ボルト領域の宇宙線から生じる広がった空気シャワーをどの程度効果的に検出できるか。
• RQ4 チェレンコフ望遠鏡が、大気からのペブトンエネルギー領域の空気シャワーに対してどの程度感度を示すか。
• RQ5 バルーンベースのプラットフォームが、超高エネルギー宇宙線検出のための将来的な宇宙望遠鏡の前身として、どの程度有効に機能できるか。

主な発見

• EUSO-SPB2の機器は、空気シャワー放射を検出するための紫外線およびUV/VIS感受性に最適化された2台の1メートル口径望遠鏡で構成されている。
• 蛍光望遠鏡は、エクサエレクトロン・ボルトエネルギー領域の広がった空気シャワーを観測するのに十分な感度を達成すると予想される。
• チェレンコフ望遠鏡は、ペブトンエネルギー領域の宇宙線シャワーからのチェレンコフ光を検出可能である。
• ミッションは、ANITAの上向きイベント候補の光学的起源を直接観測によって検証することを目的としている。
• 超圧バルーンプラットフォームにより、高高度で長時間にわたる安定飛行が可能となり、連続的なデータ収集が可能である。
• ミッションは現在、設計および製作段階にあり、2022年の打ち上げを予定している。