보고서 정보
주관연구기관 |
울산과학기술원 Ulsan National Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
류동수
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-12 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800002636 |
과제고유번호 |
1711044785 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-14
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키워드 |
초고에너지 우주선.천체 환경의 충격파.우주선 가속.우주 거대구조.우주 거대구조 상의 자기장.우주 거대구조 상의 난류.상대론적 유체.거대대기샤워.Telescope Array 실험.ultra-high energy cosmic rays.astrophysical shock waves.cosmic-ray acceleration.large-scale structure of the universe.intergalactic magnetic field.intergalactic turbulence.relativistic fluid.extensive air shower.Telescope Array experiment.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800002636 |
초록
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연구의 목적 및 내용
초고에너지 우주선 (ultra-high energy cosmic rays)의 기원을 규명하는 것은 현대 물리학에서 풀어야할 난제 중의 하나이다. 이 우주선은 우리은하 밖에서 온 것으로 추정되고 있지만, 우주 배경복사와의 상호작용으로 ∼100 Mpc 이상의 거리를 전파할 수는 없어, 근접 우주의 천체에서 와야만 한다. 그러나 우주 자기장은 우주 거대구조에서 우주선의 진행 경로를 휘게 하여, 우주선 기원의 추정을 어렵게 하고 있다. 따라서 초고에너지 우주선을 가속할 수 있을 것으로 예측되는 여러 천체가 제안되
연구의 목적 및 내용
초고에너지 우주선 (ultra-high energy cosmic rays)의 기원을 규명하는 것은 현대 물리학에서 풀어야할 난제 중의 하나이다. 이 우주선은 우리은하 밖에서 온 것으로 추정되고 있지만, 우주 배경복사와의 상호작용으로 ∼100 Mpc 이상의 거리를 전파할 수는 없어, 근접 우주의 천체에서 와야만 한다. 그러나 우주 자기장은 우주 거대구조에서 우주선의 진행 경로를 휘게 하여, 우주선 기원의 추정을 어렵게 하고 있다. 따라서 초고에너지 우주선을 가속할 수 있을 것으로 예측되는 여러 천체가 제안되고 있지만, 이들의 기원은 아직 규명되지 못하고 있다. 본 연구에서는 초고에너지 우주선의 천체물리학적 기원을 규명하기 위하여, 한편으로는 Telescope Array(TA) 실험에 참여하면서, 또 다른 한편으로는 우주 자기장, 거대구조 충격파 등에 대한 다양한 이론 연구를 수행하였다.
연구결과
초고에너지 우주선의 천체물리학적 기원을 규명하기 위한 다음의 이론연구와 실험연구를 수행하였다.
이론연구 – 우주 거대구조 충격파를 포함한 다양한 천체물리학적 모형과 우주선의 은하간 전파에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 우주 자기장을 비롯하여, 초고에너지 우주선 생성과 전파에 영향을 미치는 다양한 주제에 대한 연구를 수행하였다. 본 보고서에서는 다음 3개의 주요 연구 결과를 기술한다: ① 우주 거대구조 충격파에서 우주선 가속의 정량적 예측, ② 우주 거대구조 충격파에서 전파 및 X-선 관측에서 관측되는 마하수 예측, ③ 은하단 병합(merger) 충격파 특성 연구.
실험연구 – 초고에너지 우주선 관측 실험인 TA의 장비 구축 및 자료 획득·분석에 참여하였다. 실험에서 얻어진 자료를 이용한 논문 작성에 참여하였다. 그리고 관측된 초고에너지 우주선과 근접 우주 천체와의 상관관계 분석을 통해 초고에너지 우주선의 기원을 예측하고, 우주 자기장의 특성을 이해하려고 하였다.
총 연구기간 중 이론연구의 결과는 34편의 SCI 논문, 실험연구의 결과는 21편의 논문, 등 총 55편의 SCI 논문으로 발표 되었다. 또한 Telescope Array(TA) 실험은 150여편의 프로시딩 논문으로도 발표되었다. 총 연구기간 중 연구책임자는 53편의 초청강연 발표를 하였다.
연구결과의 활용계획
① TA 실험에 참여하여 직접 데이터를 얻고 분석함으로써 얻어진 경험은, 대규모 입자 및 천체 실험에 활용될 것으로 기대한다.
② 본 연구의 결과는 초고에너지 우주선의 천체물리학적 기원 및 우주 자기장의 특성 이해에 활용될 것으로 기대한다.
③ 초고에너지 우주선 연구는 궁극적으로는 우주와 천체 현상을 이해하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
④ 과제명 “초고에너지 우주선 입자의 기원 및 특성: TA 실험 참여 및 천문학적 의미 규명” 후속 연구에 선정되어, 앞으로 3년간 유사한 주제의 연구를 계속할 예정이다.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose&contents
The nature and origin of ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) is an outstanding problem of modern physics, that was listed as one of most urgent problems to be solved in the new millennium. UHECRs are known to be extra-galactic origin. As possible sources of UHECRs, strong and
Purpose&contents
The nature and origin of ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) is an outstanding problem of modern physics, that was listed as one of most urgent problems to be solved in the new millennium. UHECRs are known to be extra-galactic origin. As possible sources of UHECRs, strong and large astrophysical shock waves, such as terminal shocks in radio galaxies, internal shocks in gamma-ray bursters, and cosmological shocks in the large-scale structure of the universe as well accretion disks around black holes have been suggested. But theoretical prediction as well as observation confirmation for those models are still lacking. Here, we have investigated the nature and origin of UHECRs by studying various theoretical issues and participating the Telescope Array (TA) experiment for UHECRs.
Result
The proposed work is divided into the theoretical and experimental parts.
Theoretical part – Various issues were studied, which are necessary to understand the astrophysical sources of UHECRs and the observed properties of UHECRs.
Specifically, we worked on the following topics: ① Shock waves found in the large-scale structure of the universe as possible sources of UHECRs. ② Magnetic fields in the large-scale structure of the universe, which affect the propagation of UHECRs through the intergalactic space and so the observed properties of UHECRs. ③ Intracluster media where the sources of UHECRs are expected to be located, including the dynamical properties of matter as well as turbulence and magnetic fields there. ④ Investigation of possible sources of UHECRs such as the accretion disks around black holes.
Experimental part - Specifically, we worked on the followings: ① Set-up and maintenance of TA facility in a desert in Utah, USA, ② Shifts for the TA experiment and data collection, ③ Extensive air shower Monte-Carlo simulations using COSMOS and CORSIKA codes, ④ A correlation study between the UHECR events observed in TA.
The works have been published in 55 SCI papers. During the ten year period of this grant, PI presented 53 invited talk.
Expected Contribution
① By participating the TA experiment, PI, collaborators, and students have had an opportunity to be a part of a big experiment for UHECRs and acquire know-hows of the experiment.
② Our study will enhance our understanding of the nature and origin of UHECRs.
③ Ultimately, the proposed work will help answer one of the most fundamental questions of human beings - the origin and evolution of the universe.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 2-1. 초고에너지 우주선 검출 실험 ... 8
- 2-2. 초고에너지 우주선 기원의 모델 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
- 3-1. 초고에너지 우주선의 기원 및 천문학적 의미 규명을 위한 연구 ... 10
- 3-2. 초고에너지 우주선 검출 실험 참여 ... 13
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 16
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 16
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 17
- 8. 참고문헌 ... 17
- 9. 연구성과 ... 18
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 65
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 65
- 12. 기타사항 ... 65
- 별첨1 : 대표연구실적 ... 66
- 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 76
- 끝페이지 ... 76
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