計画概要
Cherenkov Telescope Array Observatory
Cherenkov Telescope Array Observatory（CTAO）計画は、100台近くの解像型大気チェレンコフ望遠鏡を3-10 km2 の領域に敷き詰めた、大規模なTeVガンマ線天文台を南半球（チリ・パラナル）と北半球（スペイン・ラパルマ）に建設し、現在の望遠鏡の10倍深い感度を達成し、エネルギー領域を20 GeVから300 TeV領域までカバーすることを目指す国際共同実験計画です（1 GeV = 10億電子ボルト、1 TeV = 1兆電子ボルト）。
現在、世界では主に3つの実験（欧州の H.E.S.S.、MAGIC、米国の VERITAS）が約20年に渡って稼働し、300を超えるTeVガンマ線源の発見に貢献してきました。これにより、TeVガンマ線源の様々な性質や、新たなTeVガンマ線源種族が明らかになった一方で、放射機構や粒子加速機構といった未解明の謎が多く残っています。この現状を打破し、未解明の謎を解明するためには、現在稼働しているTeVガンマ線望遠鏡よりも10倍良い感度で観測することが必須となります。それほどの感度の向上を達成するには、大規模なチェレンコフ望遠鏡アレイによる天文台を建設するより他に道はありません。現在稼働しているTeVガンマ線実験グループのメンバーたちが大規模な国際協力を推進して、新しいTeVガンマ線の世界を切り拓く、それこそがCTAO計画です。
CTAOで用いる口径の異なる三種類の望遠鏡
CTAO南・北サイトの完成予想図
CTAOの予想感度
研究対象
CTAOによる、主な研究対象となるサイエンスは以下の通りです。
- 銀河宇宙線の起源・加速・伝搬
- 銀河内高エネルギー天体（パルサー、マグネター、パルサー星雲、超新星残骸、X線バイナリー、球状星団）
- 銀河系外からの高エネルギー宇宙線の起源・加速・伝搬
- 銀河系外高エネルギー天体（活動銀河、ガンマ線バースト、近傍銀河団、近傍スターバースト銀河等）
- 活動銀河、ガンマ線バーストからのガンマ線を使った宇宙論的研究
- 銀河中心、矮小銀河からの暗黒物質の対消滅、崩壊ガンマ線の探索
- ローレンツ不変性のテスト
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CTAO-Japanの貢献
CTAO-Japanは、LSTの焦点面カメラや鏡、SSTの焦点面カメラなどのハードウェア開発に貢献してきました。各要素の開発試験、量産、品質管理を担当し、望遠鏡にインストールされた後は、現地での試験などを推進し、望遠鏡コミッショニングを主導してきました。さらに、観測データのデータ解析や、モンテカルロシミュレーションを使ったスタディにも貢献しており、日本人研究者を筆頭著者としたLST初号機のデータ解析論文も既に出版しています。
CTAO-LST焦点面カメラ
CTAO-LST鏡
建設・観測スケジュール
2018年にLST初号機が完成し、2020年からコミッショニングの一環として科学観測を開始し、すでに成果を出しています。2026年には、北サイトに設置される残り3台のLST望遠鏡が完成しました。今後、各望遠鏡のコミッショニングを行い、４台のLSTによるステレオ観測を開始する予定です。
| 年 | マイルストーン |
|---|---|
| 2010年 | プロトタイプ望遠鏡開発開始 |
| 2016年 | 北サイト（スペイン・ラパルマ島）建設開始 |
| 2018年 | 大口径望遠鏡（LST）初号基完成 |
| 2022年 | 大口径望遠鏡（LST）２－４号基現地建設開始 |
| 2022年 | 南サイト（チリ・パラナル）建設開始 |
| 2026年 | 大口径望遠鏡（LST）２－４号基完成 |
| 2030年 | 北・南サイトフルアレイによる観測開始 |
北サイトに建設された23m口径LST初号基。
Photo Credit: Daniel Lopez (IAC, Spain)
北サイトに建設された4台の23m口径LSTアレイ。
Photo Credit: Koji Noda (Chiba, Japan)