宇宙から飛来する最高エネルギー宇宙線の正体は重い原子核の可能性、東大などが推定

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東京大学(東大)宇宙線研究所の荻尾彰一 教授らが参加するTelescope Array(TA)国際共同研究グループは、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た場合、陽子ではなく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することが可能となるとの研究成果を発表した。

Telescope Array(TA)実験は、2008年より米国ユタ州に設置されたTelescope Array(TA)宇宙線望遠鏡を活用して宇宙線の観測を行う日本、米国、ロシア、韓国、ベルギー、チェコ、スロベニア、ポーランド、台湾の9か国・地域から32研究機関、142人の研究者が参画する国際研究。日本からも、荻尾教授のほか、東大 宇宙線研究所から﨏隆志 准教授や佐川宏行 特任研究員が参加しているほか、大阪公立大学 大学院理学研究科の常定芳基 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の多米田裕一郎 准教授、神奈川大学 工学部応用物理学科の有働慈治 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の冨田孝幸 助教、理化学研究所 開拓研究本部の木戸英治 研究員らが参加している。今回の詳細はそうしたTA国際共同研究グループによるものとして、「Physical Review Letters」に掲載された。

2つの手法で地球に飛来する宇宙線を観測

宇宙から地球に降り注いでいる高エネルギー粒子(宇宙線)には、非常に高いエネルギーの宇宙線(最高エネルギー宇宙線)が稀に存在していることが知られており、どこから飛んできたのか、その起源の天体はどのようなタイプのものであるのか、などは銀河間空間の磁場の強さや向き(宇宙磁場)がランダムであることなどを理由に、まだ良く分かっていないという。

地球上でこうした高エネルギーの宇宙線を観測する手法としては、宇宙線が地球上空から大気に触れた際に発生させる多数の荷電粒子(空気シャワー)を生じさせる現象を活用して、地上に落ちてきた空気シャワー粒子を捕まえる「地表粒子検出」とカメラを使って、大気の発光を検出する「大気蛍光検出」の2つがよく用いられており、TA実験でもこの2つの仕組みを組み合わせて観測が行われてきた。

これまで今回の成果を発表した研究グループでは、主にTA実験の観測地の3カ所に設置された口径3mの大気蛍光望遠鏡38台を活用して観測を実施。これまでに宇宙線の到来数がエネルギー量が増加すると減少していくことや、最高エネルギー宇宙線はある方向から集中して飛んでくるホットスポットがあること、223EeVという観測史上2番目の極高エネルギー宇宙線「アマテラス粒子」を検出するなどの成果をあげてきた。