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고에너지 전자·감마선 관측장치

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목차

1. 개요

고에너지 전자·감마선 관측장치(CALET)는 우주선과 감마선이 가속되는 원인과 원리, 우주선이 은하를 통과할 때 수의 증가 원리, 암흑 물질의 존재를 확인하는 것을 목표로 하는 관측 장치이다. 입자들의 생성 및 소멸 관측을 통해 우주 공간에서의 고에너지 현상과 암흑 물질을 규명하는 것을 목표로 하며, 2017년 약 50만 개의 우주선 입자 관측 결과를 발표했다.

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고에너지 전자·감마선 관측장치
개요
국제 우주 정거장에 설치된 CALET
국제 우주 정거장에 설치된 CALET
원어 명칭高エネルギー電子・ガンマ線観測装置 (고에너지 전자・감마선 관측 장치)
영어 명칭CALorimetric Electron Telescope (CALET)
유형우주 망원경
목적고에너지 전자 및 감마선 관측
위치국제 우주 정거장 키보 모듈
관리 기관일본 우주항공연구개발기구(JAXA)
관측 정보
관측 시기2015년 10월 22일 ~ 현재
파장감마선, 고에너지 전자
에너지 범위감마선: 1 GeV ~ 10 TeV
전자: 1 GeV ~ 20 TeV
주요 목표암흑 물질 탐색
우주 방사선 가속 메커니즘 연구
고에너지 천체 현상 연구
장비 정보
주요 장비칼로리미터 (Calorimeter)
이미징 칼로리미터 (Imaging Calorimeter, IMC)
총 흡수 칼로리미터 (Total Absorption Calorimeter, TASC)
차지 검출기 (Charge Detector, CHD)
무게약 620 kg
전력 소비약 520 W
데이터 전송 속도최대 8 Mbps
역사
개발 및 제작일본 우주항공연구개발기구(JAXA)
와세다 대학
기타 일본 대학 및 연구 기관
발사2015년 8월 19일, H-IIB 로켓 5호기
국제 우주 정거장 도착2015년 8월 24일
관련 링크
공식 웹사이트고에너지 전자·감마선 관측장치 (CALET) - JAXA
NASA 뉴스Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space - NASA

2. 목표

CALET 망원경의 운용 목적은 다음과 같다.[36]


  • 우주선과 감마선이 가속되는 원인 및 원리 파악.
  • 우주선이 은하를 통과할 때 수가 증가하는 원리 파악.
  • 암흑 물질의 존재 확인.




CALET은 암흑 물질의 신호를 탐색하고, 우리 은하 지역에서 고에너지 입자 가속의 개별적인 원천을 관찰하기 위해 우주선 전자 스펙트럼을 직접 측정하는 고에너지 천체물리학 임무이다.[4][5] 이 임무는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발하고 후원했으며, 일본, 이탈리아, 미국의 팀이 참여했다. CALET은 입자 가속 메커니즘과 우리 은하에서 우주선의 전파, 가속 원천 식별, 에너지에 따른 원소 조성, 그리고 암흑 물질의 본질을 밝히는 것을 목표로 한다.[2]

광학 망원경과 달리 CALET은 스캔 모드로 작동하며, 시야에 들어오는 각 우주선 이벤트를 기록하고, 테라전자볼트(TeV, 1 조 전자볼트)의 극도로 높은 에너지 영역에서 우주선을 측정하도록 감지기를 작동시킨다.[5] CALET은 알파 자기 분광기(AMS)와 협력하여 물질과 암흑 물질 간의 드문 상호 작용에 대한 증거를 얻을 수 있다. AMS는 양전자와 반양성자를 연구하여 암흑 물질을 식별하며, 국제 우주 정거장(ISS)에 탑재되어 있다.[2]

CALET에는 산불을 감지하기 위해 지구 표면을 관찰하는 부가 탑재체인 CIRC(소형 적외선 카메라)가 포함되어 있다.[8]

CALET의 연구 계획은 다음 사항을 이해하는 것을 목표로 한다:[9]

  • 고에너지 우주선 및 감마선의 기원과 가속 메커니즘
  • 은하 전체에 걸친 우주선의 전파 메커니즘
  • 암흑 물질의 정체


CALET은 우주선 관측소로서 입자 물리학 (또는 핵물리학) 분야의 물질 생성 및 소멸과 우주물리학 분야의 입자 가속 및 전파라는 두 가지 관점에서 고에너지 우주 현상과 암흑 물질을 규명하는 것을 목표로 한다.

3. 관측 장비

CALET 망원경은 고에너지 감마선, 전자, 양성자, 원자핵에 의한 고에너지 입자선을 정밀하게 관측하기 위해 개발되었다. 이전의 관측 장비로는 이러한 고에너지 입자들을 정밀하게 관측하기 어려웠다. CALET은 암흑 물질의 증거를 찾고, 고에너지 우주선을 직접 측정하여 태양계 근방의 입자선원을 관측하는 것을 목표로 하는 천체 물리학 연구 계획이다.[14][18][19] 이 계획은 우주항공연구개발기구(JAXA)의 지원을 받아 일본, 이탈리아, 미국의 연구팀이 추진했다.

CALET의 연구 대표는 와세다 대학의 도리이 쇼지이며, 부대표는 미국의 John Wefel과 이탈리아의 Pier S. Marrocchesi이다. CALET은 알파 자기 분광기(AMS)와 협력하여 양전자 및 반양자 관측 데이터를 통해 암흑 물질을 직접 검출하는 것을 목표로 한다.[24] 관측 기간은 2년에서 5년 정도로 예상된다.[25]


3. 1. 주 검출기

CALET 망원경은 우주선의 전자 스펙트럼을 정밀하게 감지하여 우리은하 내 우주선 입자들의 가속 원리와 원인을 밝혀내고, 암흑 물질의 흔적을 찾는 것이 목적이다.[31][32][28] 우주에서 입자들이 가속되는 속도는 지구에서 입자 가속기를 이용하는 것보다 훨씬 빨라, 이를 연구해 입자물리학에 활용할 수 있다.[28]

CALET는 다른 광학 망원경들과는 다르게 "탐색 모드"로 작동하는데, 한 지점을 보는 것이 아니라 모든 지점에서 들어오는 우주선을 기록한 후 테라전자볼트(TeV, 1조 전자볼트) 단위로 우주선의 에너지를 측정한다.[32] 이 측정값은 국제 우주 정거장에 기록되었다가 루이지애나 주립 대학에 보내진다.[33]

3. 2. 보조 장비

CALET 망원경에는 보조 장비로 CIRC(Compact Infrared Camera, 압축형 적외선 카메라)가 탑재되어 지구 산불을 감지한다.[35][26]

4. 협력 연구

CALET은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발하고 후원했으며, 일본, 이탈리아, 미국의 연구팀이 참여했다. CALET의 주 책임 연구원은 일본 와세다 대학교의 토리이 쇼지이며, 미국 팀의 공동 책임 연구원은 존 웨펠, 이탈리아 팀의 공동 연구원은 피에르 S. 마로체시이다.[2]

CALET은 알파 자기 분광기(AMS)와 협력하여 물질과 암흑 물질 간의 드문 상호 작용에 대한 증거를 찾는다. AMS는 양전자와 반양성자를 연구하여 암흑 물질을 식별하며, 국제 우주 정거장(ISS)에 탑재되어 있다.[2]

5. 관측 결과

CALET 팀은 2017년에 약 50만 개 정도의 우주선 입자들을 관측한 결과, 30 GeV 이상 대역에서 스펙트럼 지수 −3.152 ± 0.016을 발견했다.[37][38]

참조

[1] 웹사이트 NASA - Fermi's Latest Gamma-ray Census Highlights Cosmic Mysteries http://www.nasa.gov/[...] 2015-05-31
[2] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2014-10-09
[3] 간행물 Hubble Maps the Cosmic Web of "Clumpy" Dark Matter in 3-D http://hubblesite.or[...] NASA 2007-01-07
[4] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET) – at NASA http://www.nasa.gov/[...] 2015-11-10
[5] 문서 CALET aboard the ISS Kibo Started the First Direct Electron Observation in Tera Electron Volt Region http://global.jaxa.j[...] JAXA
[6] 문서 CALET USA http://calet.phys.ls[...] Waseda University 2015
[7] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background http://iss.jaxa.jp/e[...] 2015-11-10
[8] 웹사이트 Compact Infrared Camera(CIRC) http://circgs.tksc.j[...] JAXA 2015-11-19
[9] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background http://iss.jaxa.jp/e[...] 2015-11-10
[10] 논문 Energy Spectrum of Cosmic-Ray Electron and Positron from 10 GeV to 3 TeV Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station https://link.aps.org[...] 2017-11-01
[11] 웹사이트 First cosmic-ray results from CALET on the ISS – CERN Courier http://cerncourier.c[...] 2017-11-17
[12] 웹사이트 NASA - Fermi's Latest Gamma-ray Census Highlights Cosmic Mysteries http://www.nasa.gov/[...] 2015-05-31
[13] 웹사이트 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置（CALET） https://iss.jaxa.jp/[...] 宇宙航空研究開発機構 2016-02-20
[14] 간행물 国際宇宙ステーション・「きぼう」日本実験棟搭載の高エネルギー電子、ガンマ線観測装置（CALET）により、世界初のテラ電子ボルト（TeV）領域の電子直接観測を開始 https://www.jaxa.jp/[...] 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構、早稲田大学 2016-02-20
[15] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2015-11-10
[16] 웹사이트 8/19にCALETがこうのとり５号機とともに打ち上げられました http://www.crlab.wis[...] 早稲田大学 2016-02-20
[17] 간행물 Hubble Maps the Cosmic Web of "Clumpy" Dark Matter in 3-D https://web.archive.[...] NASA 2007-01-07
[18] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET) - at NASA http://www.nasa.gov/[...] 2015-11-10
[19] 문서 CALET aboard the ISS Kibo Started the First Direct Electron Observation in Tera Electron Volt Region http://global.jaxa.j[...]
[20] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2015-11-10
[21] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2015-11-10
[22] 문서 CALET aboard the ISS Kibo Started the First Direct Electron Observation in Tera Electron Volt Region http://global.jaxa.j[...]
[23] 문서 CALET USA http://calet.phys.ls[...]
[24] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2015-11-10
[25] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background https://iss.jaxa.jp/[...] 2015-11-10
[26] 웹사이트 Compact Infrared Camera(CIRC) https://circgs.tksc.[...] JAXA 2015-11-19
[27] 웹사이트 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background https://iss.jaxa.jp/[...] 2015-11-10
[28] 뉴스 Dark Matter and Particle Acceleration in Near Space https://www.nasa.gov[...] 2015-11-10
[29] 웹인용 NASA - Fermi's Latest Gamma-ray Census Highlights Cosmic Mysteries http://www.nasa.gov/[...] 2015-05-31
[30] 간행물 Hubble Maps the Cosmic Web of "Clumpy" Dark Matter in 3-D http://hubblesite.or[...] NASA 2007-01-07
[31] 웹인용 CALorimetric Electron Telescope (CALET) - at NASA http://www.nasa.gov/[...] 2015-11-10
[32] 문서 CALET aboard the ISS Kibo Started the First Direct Electron Observation in Tera Electron Volt Region http://global.jaxa.j[...] JAXA
[33] 문서 CALET USA http://calet.phys.ls[...] Louisiana State University 2015
[34] 웹인용 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background http://iss.jaxa.jp/e[...] 2015-11-10
[35] 웹인용 Compact Infrared Camera(CIRC) http://circgs.tksc.j[...] JAXA 2015-11-19
[36] 웹인용 CALorimetric Electron Telescope (CALET): Background http://iss.jaxa.jp/e[...] 2014-04-24
[37] 저널 Energy Spectrum of Cosmic-Ray Electron and Positron from 10 GeV to 3 TeV Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station https://link.aps.org[...] 2017-11-01
[38] 웹인용 First cosmic-ray results from CALET on the ISS - CERN Courier http://cerncourier.c[...] 2017-11-17


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