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宇宙線電子望遠鏡CALETによる低エネルギー宇宙線観測における太陽変調の数値的研究

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2023年2月~2024年1月)

報告書番号: R23JACA51

利用分野: JSS大学共同利用

PDFはここからダウンロード

  • 責任者: 三宅晶子, 茨城工業高等専門学校
  • 問い合せ先: 三宅 晶子(s.miyake@gifu-nct.ac.jp)
  • メンバ: 三宅 晶子

事業概要

太陽圏内および地球磁気圏内に進入した低エネルギー宇宙線の数値シミュレーションを実施することで, カロリメータ型宇宙線電子望遠鏡(CALET)で観測された低エネルギー宇宙線の強度変動と太陽活動との関係(太陽変調)を明らかにする.

参照URL

なし

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

地球磁場による宇宙線のカットオフリジディティは検出イベント毎の算出を要する点, また観測を再現する宇宙線太陽変調の最適モデルを探すためにはモデル計算と観測との比較・検証を繰り返す必要がある点で, 大きな計算資源が必要となる.

今年度の成果

今年度もこれまでに引き続き, CALETによる低エネルギー電子・陽子イベント解析のための地球磁場による宇宙線のカットオフリジディティの算出と太陽圏内における低エネルギー宇宙線の伝播計算を実施し, 以下に述べる成果を得た.

CALETによる2021年5月末までの電子と陽子の観測結果からは, 太陽変調の荷電依存性やカレントシートティルト角と宇宙線強度変動のヒステリシス構造を確認した. 図1の青丸, 赤丸はCALETの観測した平均rigidity3.8GVの電子と陽子の計数率の変動を示す. 各計数率は平均値を100として規格化されており, 陽子計数率に比べて電子計数率が大きく変動する荷電依存性を見てとることができる. また図2は電子・陽子計数率と惑星間空間磁場のカレントシートのティルト角との相関関係を示す. 太陽活動極小期を過ぎて増大に転じたティルト角の変動に比べて計数率の変動が遅れ, ヒステリシス構造をつくることが確認できる. そして太陽変調のドリフトモデルで同時期の電子・陽子強度変動を計算したところ, これらの構造を概ね再現することに成功した. 各図の赤線・青線がドリフトモデルでの計算結果を示し, いずれも観測結果に概ね一致することが分かる. ドリフト効果が太陽変調の長期変動において重要な役割を持つことを意味するこれらの成果はPRL誌で発表した(O. Adriani et al. (CALET Collaboration), PRL, 130, 2023.).

2021年5月以降の観測結果に関しても解析および太陽変調のドリフトモデルを用いた理論解釈が進行中である. 今年度は2023年4月末までのデータ解析を行い, 太陽変調のrigidity依存性や, カレントシートのティルト角, 黒点数, 惑星間空間磁場強度, 太陽風速度の変動との相関関係など, 太陽変調ドリフトモデルの精密化に有用な結果が得られている. これと合わせて太陽変調ドリフトモデルとの比較やモデルの精密化も進行中であり, 観測, 理論の両面でさらなる進展が期待される.

Annual Reoprt Figures for 2023

図1: CALETの観測した2021年5月末までの規格化された電子・陽子計数率の長期変動(青丸, 赤丸)とドリフトモデルでの再現(青線, 赤線)

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図2: CALETの観測した2021年5月末までの規格化された電子・陽子計数率とカレントシートのティルト角との相関関係(青丸, 赤丸)とドリフトモデルでの再現(青線, 赤線)

 

成果の公表

-査読付き論文

1) O. Adriani,Y. Akaike,K. Asano,Y. Asaoka,E. Berti, …, S. Miyake, …,W. V. Zober, “Charge-Sign Dependent Cosmic-Ray Modulation Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station”, Physical Review Letters, 130(21), 211001, 2023 [Erratum 131, 109902 (2023)].

-査読なし論文

1) S. Miyake, on behalf of the CALET Collaboration, “Cosmic-Ray Modulation during Solar Cycles 24-25 Transition Observed with CALET on the International Space Station”, Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference – PoS(ICRC2023), 444, 1253, 2023.

-招待講演

1) 三宅晶子, 宗像一起, 赤池陽水, 鳥居祥二, 他 CALETチーム, 太陽圏内における宇宙線伝播を探る-最新観測結果とその解釈-, 「宇宙線で繋ぐ文明・地球環境・太陽系・銀河 2023」研究会, 仙台, 2023年9月.

2) S. Miyake, K. Munakata, Y. Akaike, for the CALET Collaboration, “Modeling the solar modulation of galactic cosmic rays based on the latest observation results by CALET on the International Space Station”, AGU Fall Meeting 2023, San Francisco, Dec. 2023.

-口頭発表

1) 三宅晶子, 宗像一起, 赤池陽水, 鳥居祥二, for the CALET Collaboration, 太陽圏内における宇宙線伝播を探る-最新観測結果とその解釈-, 「宇宙線で繋ぐ文明・地球環境・太陽系・銀河 2023」研究会, 仙台, 2023年9月.

2) 三宅晶子, 宗像一起, 片岡龍峰, 加藤千尋, 鳥居祥二, 中平 聡志, 寺澤敏夫, 赤池陽水, 小林兼好, 他 CALETチーム, CALETの観測結果を用いた第24-25期太陽活動 遷移期間における太陽変調の理論的検証, 日本物理学会第78回年次大会, 仙台, 2023年9月.

-ポスター

1) Shoko Miyake, Kazuoki Munakata, Yosui Akaike, for the CALET Collaboration, “Cosmic-Ray Modulation during Solar Cycles 24-25 Transition Observed with CALET on the International Space Station”, 38th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2023), Nagoya, Aug. 2023.

2) S. Miyake, K. Munakata, Y. Akaike, for the CALET Collaboration, “Modeling the solar modulation of galactic cosmic rays based on the latest observation results by CALET on the International Space Station”, AGU Fall Meeting 2023, San Francisco, Dec. 2023.

JSS利用状況

計算情報

  • プロセス並列手法: 非該当
  • スレッド並列手法: OpenMP
  • プロセス並列数: 1
  • 1ケースあたりの経過時間: 24 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.09

 

内訳

JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3のシステム構成をご覧下さい。

計算資源
計算システム名 CPU利用量(コア・時) 資源の利用割合※2(%)
TOKI-SORA 0.00 0.00
TOKI-ST 697904.32 0.75
TOKI-GP 0.00 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 0.00 0.00
TOKI-TST 0.00 0.00
TOKI-TGP 0.00 0.00
TOKI-TLM 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
ファイルシステム名 ストレージ割当量(GiB) 資源の利用割合※2(%)
/home 0.00 0.00
/data及び/data2 0.00 0.00
/ssd 0.00 0.00

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 0.00 0.00

※1 総資源に占める利用割合:3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合:対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

 

ISV利用量

ISVソフトウェア資源
利用量(時) 資源の利用割合※2(%)
ISVソフトウェア(合計) 0.00 0.00

※2 資源の利用割合:対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2023年2月~2024年1月)