最高エネルギー宇宙線は重い荷電粒子か

2024年6月28日

理学研究科
プレスリリース

ポイント

◇米国ユタ州のTelescope Array宇宙線観測装置によって、100EeV以上の最高エネルギー宇宙線をこれまでの14年間で19事象観測。その到来方向分布は等方的。
◇宇宙の物質構造をなす銀河から最高エネルギー宇宙線が発生すると仮定した場合に、電荷をもった重い原子核が宇宙磁場によって曲げられて地球に到来したことを初めて推定。
◇今後は、最高エネルギー宇宙線の観測例をさらに増やすとともに、粒子を識別する方法を向上させ、宇宙の極高エネルギー現象との関連を明らかにしていく。

概要

東京大学宇宙線研究所の荻尾彰一教授等、Telescope Array（TA）国際共同研究グループ（注1）は、宇宙の物質構造をなす銀河から最高エネルギー宇宙線が発生すると仮定して、電荷をもった重い原子核が宇宙磁場によって曲げられて地球に到来したことを初めて明らかにしました。

宇宙から降り注いでいる高エネルギーの粒子（宇宙線）の中には、非常に高いエネルギーの宇宙線がごく稀に存在しており、宇宙におけるもっとも激烈な物理現象と関連していると考えられています。宇宙線は荷電粒子であるため宇宙磁場で曲げられますが、非常に高いエネルギーの宇宙線は磁場で曲げられにくく、その到来方向が発生源を指し示すことが期待されます。

米国ユタ州に建設したTA宇宙線観測装置（注2）（図1）の地表粒子検出器で2008年から14年間で取得したデータを用いて、100EeV（注3）を超える最高エネルギー宇宙線を19事象観測し、それらの到来方向が等方的に分布しているように見えました。これは最高エネルギー宇宙線が電荷をもった重い原子核で宇宙磁場によって曲げられて地球に到来したことを示唆しています。

(左) Telescope Array宇宙線観測装置の配置図。縦軸が南北方向を示し、横軸が東西方向を示す。507台のプラスチックシンチレータ地表粒子検出器(□) が、東京23区より広い領域に1.2キロメートル間隔で碁盤目状に設置されている。地表検出器群を見渡すように3か所に大気蛍光望遠鏡(■) が建設されている。破線は各望遠鏡ステーションの視野を表す。（★）は中央レーザ装置（CLF）の位置。
(右上) フィールドに設置された地表検出器。　 (右下) 東南のBRサイトに建設された大気蛍光望遠鏡ステーション。

研究者情報

東京大学　宇宙線研究所
荻尾彰一教授（所長）
﨏隆志准教授
佐川宏行特任研究員

大阪公立大学大学院理学研究科
常定芳基教授
藤井俊博准教授

大阪電気通信大学　工学部基礎理工学科
多米田裕一郎准教授

神奈川大学　工学部応用物理学科
有働慈治教授
池田大輔特別助教

信州大学　工学部電子情報システム工学科／航空宇宙システム研究拠点
冨田孝幸助教

理化学研究所　開拓研究本部
木戸英治研究員

資金情報

本研究は、科研費「特定領域（課題番号：15077101）最高エネルギー宇宙線の起源-デカジュール粒子による宇宙物理の開拓-」、「特別推進（課題番号：JP2100002）最高エネルギー宇宙線で探る宇宙極高現象」、「特別推進（課題番号：JP15H05693）拡張テレスコープアレイ実験 - 最高エネルギー宇宙線で解明する近傍極限宇宙」、「基盤S（課題番号：JP15H05741）広エネルギー領域の精密測定で探る超高エネルギー宇宙線源の進化」、「基盤S（課題番号：JP19H05607）広エネルギー領域の精密測定による超高エネルギー宇宙線の源と伝播の統一的解釈」の他、米国科学財団（NSF）、韓国研究財団、ロシア科学アカデミー、ブリュッセル自由大学などの支援により実施されました。

用語解説

（注1）Telescope Array（TA）国際共同研究グループ…Telescope Arrayグループとは、Telescope Array実験に参加している研究者グループのことである。著者は、次の26の研究機関に所属している、あるいは所属していた142名の研究者からなる：東京大学宇宙線研究所、信州大学、大阪公立大学、神奈川大学、山梨大学、高知大学、理化学研究所、中部大学、大阪電気通信大学、情報通信機構、九州大学、芝浦工業大学、東京都市大学、KEK、東京大学地震研究所、広島市立大学、University of Utah、Hanyang University、INR、UNIST、Sungkyunkwan University、University Libre de Bruxelle、CEICO、Academia Sinica、National Center for Nuclear Research、Loyola University

（注2）TA(Telescope Array）宇宙線観測装置…Telescope Array宇宙線観測装置は、米国ユタ州の北緯39.30度、西経112.91度、海抜約1400メートルのところにあり、北半球で最大の宇宙線検出器である。3平方メートルサイズのプラスチックシンチレータ地表検出器507台を1.2 キロメートル間隔に設置して約700平方キロメートルの面積で宇宙線を検出し、それを見込むように三か所に大気蛍光望遠鏡ステーションを建設した（図1）。宇宙から超高エネルギー宇宙線が大気中に飛来した際に発生した広域空気シャワー（図2）の横方向発達を地表粒子検出器で検出し、縦方向発達を大気蛍光望遠鏡で検出し、宇宙線のエネルギー、質量組成、到来方向を測定する。2008年5月に地表検出器と大気蛍光望遠鏡が全稼働した。

（注3）EeV…エクサ電子ボルト。１エクサ電子ボルトは100京電子ボルト。

研究内容に関する問い合わせ先

大阪公立大学大学院理学研究科
教授　常定芳基（つねさだよしき）
TEL：06-6605-2643
E-mail：tsunesada[at]omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。

報道に関する問い合わせ先

大阪公立大学広報課
担当：竹内
TEL：06-6605-3411
E-mail：koho-list[at]ml.omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。

プレスリリース全文（PDF文書：747.2KB）

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