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Powers of tenから始まった私の宇宙線研究
氏名：片桐 秀明
専攻：物理科学専攻
职阶：助教(平成23年3月転出)
専门分野：ガンマ线観测による宇宙线物理学
略歴：理学研究科助手。理学博士。 1976年生まれ。東京大学理学部卒業、東京大学理学系研究科博士課程修了。京都大学21世紀COE研究員を経て現在に至る。専門は、宇宙γ(ガンマ)線観測。研究テーマは、宇宙を飛び交う高エネルギーの粒子(宇宙線)の起源。大学院生の時からγ線を測定できる特殊な望遠鏡による観測を開始した。宇宙線起源の有力候補である超新星残骸から超高エネルギーγ線を検出し、宇宙線が加速されている証拠を発見した。現在は、2007年に打ち上げ予定のγ線衛星による宇宙線起源の研究をもくろんでいる。
私が物理を志すきっかけは1つの短编映画でした。パワーズ?オブ?テン(10のべき乗：10を繰り返し掛け合わせた数)という、様々な空间のスケールで见た世界を刻々と描いていく映画です。现在物质の最小构成要素と考えられているクォークから、宇宙の大规模构造に至るまでをたった9分间で体感することができます。科学博物馆でこの映画を见つけた幼少时代の私は、食い入るように何度も繰り返して见ていました。大袈裟に言えば、世界はどのようにできているのか、という物理的な好奇心を无意识ながら持ったのだと思います。
しかし、それをきっかけに物理の道へ一直线に向かったわけではありません。大学の教养课程の顷はサッカーやテニス等のサークル活动に明け暮れ、物理に対する憧れは薄らいでいました。サークル活动もひと段落した后、専门课程で何をやるかの选択を迫られるときがやってきました。そのとき私の心の底で眠っていた、物理学への憧れが呼び起こされたのですが、时既に遅し。成绩の悪かった私は、専门课程で物理学科へ进学することはできませんでした。やむを得ず、物理科目の一部を学ぶことのできる地球惑星物理学科に进学しました。
一度失败をすると、その思いは强くなるものです。物理学を諦めきれなかった私は、大学院で物理学専攻に入学しました。やるならば、宇宙か素粒子(世界を作るする最小构成要素)がいいと思っていました。パワーズ?オブ?テンの中で言うならば、最大スケール、最小スケールに対応するわけで、世界はどのようにできているか、という命题に最も近い分野だと思ったからです。
ガンマ线観测望远镜颁础狈骋础搁翱翱(カンガルー)。
大学院から现在に至るまで研究しているテーマは宇宙线です。宇宙线とは、非常に高エネルギーの原子核(正の电荷を持って电子と共に物质の要素である原子を构成している)が地上に降り注いでいる现象のことです。この宇宙线が、どこでどのように作られているか、という问题は宇宙线が発见されて100年近く経ちますが未だによく分かっていません。なぜ「宇宙」は宇宙线を作らなければいけないのか、これを明らかにすることが宇宙线研究の究极の目标です。言い换えれば、宇宙线によって宇宙を探査できるということです。
宇宙线を研究するにはγ(ガンマ)线の観测が最适です。γ线は非常にエネルギーの高い电磁波であるため、普通、宇宙线のような高エネルギーの现象からしか放射されないからです。しかし、γ线を観测するためには特殊な望远镜が必要です。γ线は极端にエネルギーが高いため、通常の可视光や电波の望远镜が用いている方法では観测できないためです。そこで、私は颁础狈骋础搁翱翱(カンガルー)というγ线観测専用の望远镜を用いた実験に参加しました。
颁础狈骋础搁翱翱(カンガルー)望远镜のカメラの近くにて。
颁础狈骋础搁翱翱は4台望远镜で构成されていますが、私が大学院に入った当初はまだ完成していませんでした。私は装置开発等を进めつつ(写真2)、宇宙线の加速源の候补を探しました。その结果、帆座の近くにある超新星残骸(星が死ぬときに起こす大爆発の痕跡)に目星をつけました。私は、既に稼动している一台の望远镜を用いてこの超新星残骸を観测しました。
颁础狈骋础搁翱翱望远镜による観测作业。観测小屋で望远镜の状态を监视している。
右が私(日経サイエンス2001年7月号より许可を得て転载)。
しかし、γ线観测では観测后すぐに天体のγ线イメージが撮れるわけではありません。なぜなら、γ线はノイズ信号に比べるとごくわずかしか地球に到来しないからです。その上、超高エネルギーγ线を放射する超新星残骸は我々のグループがようやく1つ発见したばかりでした。私が着目した天体も他の多くの例と同じようにやっぱり検出できないのだろうか、そんな不安を抱えつつ地道にノイズ除去の作业や解析手法の开発を行っていきました。二年间観测データを蓄え解析を行った结果、ついにγ线の信号が见えました。自分が世界で初めての発见をした结果が论文として雑誌に掲载されたときの気分は爽快でした。
この発见は、超新星残骸が宇宙线を加速している一つの重要な証拠となりました。しかし、十分な宇宙线加速なしでも高エネルギーγ线を説明できるという理论も存在し、决定的な証拠ではありません。宇宙线加速を决定付けるには、高エネルギーのγ线だけでなく、低いエネルギーのγ线のデータも取得して宇宙线の加速メカニズムを决定する必要があります。それにぴったりの検出器が2007年の10月に打ち上げ予定の骋尝础厂罢というγ线観测卫星です。私は今まさに骋尝础厂罢打ち上げ后に観测データをいつでも解析できるように準备を进めているところです。骋尝础厂罢が宇宙线の起源の解明に重要な情报を提供してくれるのを今から楽しみにしています。これから広岛大学に入ってくる皆さん、今大学生の皆さんと一绪に研究できればこの上も无い喜びです。
