2025/01/20 更新

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ナカムラ ユウヤ
中村 悠哉
NAKAMURA Yuya
所属
素粒子宇宙起源研究所 現象解析研究部門 特任助教
職名
特任助教

学位 1

  1. 博士(理学) ( 2022年3月   名古屋大学 ) 

経歴 2

  1. 名古屋大学   素粒子宇宙起源研究所 現象解析研究部門   特任助教

    2024年1月 - 現在

  2. 名古屋大学   未来材料・システム研究所 附属高度計測技術実践センター   研究員

    2022年4月 - 2023年12月

 

論文 4

  1. New high-precision measurement system for electron-positron pairs from sub-GeV/GeV gamma-rays in the emulsion telescope

    Nakamura, Y; Aoki, S; Hayakawa, T; Iyono, A; Karasuno, A; Kodama, K; Komatani, R; Komatsu, M; Komiyama, M; Kuretsubo, K; Marushima, T; Matsuda, S; Morishima, K; Morishita, M; Naganawa, N; Nakamura, M; Nakamura, M; Nakamura, T; Nakano, N; Nakano, T; Nishio, A; Oda, M; Rokujo, H; Sato, O; Sugimura, K; Suzuki, A; Takahashi, S; Torii, M; Yamamoto, S; Yoshimoto, M

    ASTROPARTICLE PHYSICS   165 巻   2025年2月

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    出版者・発行元:Astroparticle Physics  

    The GRAINE project observes cosmic gamma-rays, using a balloon-borne emulsion-film-based telescope in the sub-GeV/GeV energy band. We reported in our previous balloon experiment in 2018, GRAINE2018, the detection of the known brightest source, Vela pulsar, with the highest angular resolution ever reported in an energy range of >80 MeV. However, the emulsion scanning system used in the experiment was designed to achieve a high-speed scanning, and it was not accurate enough to ensure the optimum spatial resolution of the emulsion film and limited the performance. Here, we report a new high-precision scanning system that can be used to greatly improve the observation result of GRAINE2018 and also be employed in future experiments. The scanning system involves a new algorithm that recognizes each silver grain on an emulsion film and is capable of measuring tracks with a positional resolution for the passing points of tracks of almost the same as the intrinsic resolution of nuclear emulsion film (∼70 nm). This resolution is approximately one order of magnitude smaller than that obtained with the high-speed scanning system. With this scanning system, an angular resolution for gamma-rays of 0.1° at 1 GeV is expected to be achieved. Furthermore, we successfully combine the new high-precision scanning system with the existing high-speed scanning system, enabling the high-speed and high-precision measurements. Employing these techniques, we reanalyze the gamma-ray events detected previously by only the high-speed scanning system in GRAINE2018 and obtain an about three times higher angular resolution (0.22°) in the 500–700 MeV energy range. Adopting this technique in future observations may provide new insights into the gamma-ray emission from the Galactic center region and may realize polarization measurements of high-energy cosmic gamma-rays.

    DOI: 10.1016/j.astropartphys.2024.103055

    Web of Science

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  2. Nuclear emulsion film production system for experiments in full-area scanning and analysis era

    Rokujo, H; Sugimura, K; Yamamoto, S; Hayashi, H; Nakamura, M; Nakamura, Y; Nakano, T; Sato, O; Usuda, I

    NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT   1066 巻   2024年9月

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    出版者・発行元:Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment  

    Research utilizing the sub-micron three-dimensional spatial resolution of nuclear emulsion detectors has been expanding in various fields, triggered by the development of automated emulsion scanning technology. This paper describes a new production system capable of supplying several thousand square meters of nuclear emulsion film per year. The development and introduction of improved emulsion gel, knife coating, and drying equipment have enabled the mass production of double-side coated nuclear emulsion films with thick emulsion layers suitable for full-area scanning and analysis. This system has played an essential role in numerous nuclear emulsion experiments.

    DOI: 10.1016/j.nima.2024.169622

    Web of Science

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  3. First Emulsion <i>γ</i>-Ray Telescope Imaging of the Vela Pulsar by the GRAINE 2018 Balloon-borne Experiment

    Takahashi, S; Aoki, S; Iyono, A; Karasuno, A; Kodama, K; Komatani, R; Komatsu, M; Komiyama, M; Kuretsubo, K; Marushima, T; Matsuda, S; Morishima, K; Morishita, M; Naganawa, N; Nakamura, M; Nakamura, M; Nakamura, T; Nakamura, Y; Nakano, N; Nakano, T; Nakazawa, K; Nishio, A; Oda, M; Rokujo, H; Sato, O; Sugimura, K; Suzuki, A; Torii, M; Yamamoto, S; Yoshimoto, M

    ASTROPHYSICAL JOURNAL   960 巻 ( 1 )   2024年1月

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    出版者・発行元:Astrophysical Journal  

    We are developing the Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion project, designed for 10 MeV-100 GeV cosmic γ-ray observations with a high angular resolution (5′/0.°08 at 1-2 GeV) and a polarization-sensitive large-aperture (∼10 m2) emulsion telescope for repeated long-duration balloon flights. In 2018, a balloon-borne experiment was carried out in Australia with a 0.38 m2 sensitive area and a flight duration of 17.4 hr, including 6.7 hr of Vela observations. Significant improvements compared with the 2015 balloon-borne experiment were achieved by a factor of 5, including both an increase in effective area × time and a reduction in the background contribution. We aimed to demonstrate the telescope’s overall performance based on detection and imaging of a known γ-ray source, the Vela pulsar. A robust detection of the Vela pulsar was achieved with a 68% containment radius of 0.°42, at a significance of 6σ, at energies above 80 MeV. The resulting angular profile is consistent with that of a pointlike source. We achieved the current best imaging performance of the Vela pulsar using an emulsion γ-ray telescope with the highest angular resolution of any γ-ray telescope to date.

    DOI: 10.3847/1538-4357/ad0973

    Web of Science

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  4. Performance of an emulsion telescope for gamma-ray observations in the GRAINE2018 balloon-borne experiment 査読有り

    Yuya Nakamura, Shigeki Aoki, Atsushi Iyono, Ayaka Karasuno, Kohichi Kodama, Ryosuke Komatani, Masahiro Komatsu, Masahiro Komiyama, Kenji Kuretsubo, Toshitsugu Marushima, Syota Matsuda, Kunihiro Morishima, Misaki Morishita, Naotaka Naganawa, Mitsuhiro Nakamura, Motoya Nakamura, Takafumi Nakamura, Noboru Nakano, Toshiyuki Nakano, Akira Nishio, Miyuki Oda, Hiroki Rokujo, Osamu Sato, Kou Sugimura, Atsumu Suzuki, Satoru Takahashi, Mayu Torii, Saya Yamamoto, Masahiro Yoshimoto

    Progress of Theoretical and Experimental Physics     2021年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1093/ptep/ptab148

講演・口頭発表等 2

  1. GRAINE, Balloon-borne emulsion telescope project for sub-GeV/GeV gamma-ray observation with high angular resolution & polarization sensitivity

    Yuya Nakamura, GRAINE collaboration

    11th Fermi Symposium  2024年9月13日 

  2. GRAINE, Balloon-borne emulsion telescope project for precisely sub-GeV/GeV cosmic gamma ray observation

    Yuya Nakamura, GRAINE collaboration

    COSPAR 2024  2024年7月15日 

科研費 2

  1. 最高解像度宇宙ガンマ線観測で暗黒物質を探る~世界最大口径原子核乾板望遠鏡の開発~

    研究課題/研究課題番号:24K00661  2024年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    六條 宏紀, 伊代野 淳, 中村 悠哉, 山本 紗矢

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    担当区分:研究分担者 

    フェルミガンマ線宇宙望遠鏡が提供する高統計の観測データは、ガンマ線天文学を大きく前進させた。一方で、暗黒物質が高密度に存在すると期待される銀河中心では特異なガンマ線の超過が見つかり、混乱を招いている。我々は原子核乾板を用いた望遠鏡によってフェルミ衛星の角度分解能を1桁更新する宇宙ガンマ線精密撮像観測を提案し、気球実験による科学観測開始を目指して開発を続けてきた。本研究では、気球フライトデータ解析および次期気球実験の準備開発を進め、銀河中心GeVガンマ線等の世界最高解像度でのイメージングを実現し、観測の質的な改善を目指すとともに宇宙ガンマ線による暗黒物質間接探索研究に新たな展開をもたらす。

  2. 原子核乾板による高エネルギーガンマ線天体の偏光観測の実現

    研究課題/研究課題番号:22K20382  2022年8月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    中村 悠哉

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

    フェルミガンマ線宇宙望遠鏡によってガンマ線天文学(sub-GeV/GeV)は飛躍的に発展してきた一方で、天体観測においてスペクトル測定やイメージング等と並んで重要な偏光の測定がこのエネルギー帯では実現できていない。我々は、原子核乾板を検出器とした高角度分解能、偏光有感なガンマ線望遠鏡の開発を進めてきた。本研究では、原子核乾板による高エネルギーガンマ線偏光測定システムを実用化し、偏光ガンマ線ビーム照射試験による感度の実証を経て、2023年春実施予定の気球実験データで世界に先駆けてVelaパルサー(>100MeV)の偏光測定に着手することを目指す。
    原子核乾板望遠鏡を用いた宇宙ガンマ線観測気球実験(GRAINE)において、高エネルギー宇宙γ線偏光観測の実現を目指して、原子核乾板読み取り装置の開発や2023年度実験実施に向けた検出器開発を昨年度から進めてきた。2022年度に望遠鏡の準備を完了し、2023年4月末に予定通り気球実験を実施した。GRAINE実験では初となる24時間以上の長時間フライトを達成し、宇宙γ線偏光観測の第一目標天体となるVelaパルサーだけでなく、暗黒物質起源の可能性がある未知のガンマ線放射が観測されており第二目標となる銀河中心領域の観測時間の確保に初めて成功した。
    気象条件などによって当初想定よりも実験準備完了から実験実施までの期間が長くなったこともあり、原子核乾板に記録された飛跡の蓄積量が前回実験よりも数倍増加したが、これらのデータを効率的に読み出すための高速原子核乾板読み取り装置の開発を進め、世界最高速度での原子核乾板読み取りを達成することができた。得られた飛跡データの解析を進め、24時間以上の長時間フライトにおいて、検出機の各要素が狙い通りの性能で動作していたことを実証することができた。
    上記の高速読み取り装置のみでは偏光観測を実現するには、読み取り装置の測定精度が不足しているため、2022年度から高精度な原子核乾板読み取り装置の開発を進めてきた。2018年に行った前回のGRAINE気球実験について、開発した高精度読み取り装置を適用してデータの再解析を行ったところ、既存のデータと比べて3倍程度の角度分解能の向上が得られ、原子核乾板の原理限界相当の空間分解能で飛跡データを読み出し可能なことを実証した。本開発についての学術論文も投稿間近であり、今後2023年度気球実験データの解析が進み本装置を適用することで、宇宙γ線偏光観測の実現が期待できる高性能な読み取り装置を開発することができた。