何十年もの間、物理学者は、宇宙で最もエネルギーの高い亜原子粒子の発生源を探してきました。宇宙線は、よく投げられた野球ボールと同じくらいのエネルギーで大気に衝突します。現在、ユタ州の 700 平方キロメートルの砂漠をカバーする 507 個の粒子検出器のコレクションである Telescope Array を使用しているチームは、そのような宇宙線が発生していると思われる空の広い「ホットスポット」を観察しました。決定的なものではありませんが、この観測は、宇宙線が宇宙全体に広がるソースからではなく、私たちの銀河の近くの明確なソースから発していることを示唆しています.
物理学者は以前にも同様の道を歩んできました。 2007 年に、アルゼンチンのさらに大きなアレイであるピエール オジェ天文台の研究者は、超高エネルギーの宇宙線が特定の銀河の燃えるような中心部から湧き出ているように見えることを報告しましたが、データが増えるほど相関関係が弱まることがわかりました。しかし、Telescope Array チームはよりカトリック的なアプローチを取り、宇宙線がすべての方向に同じ数で到着するわけではないという証拠だけを探しています。 「よりシンプルで直接的であるため、より堅牢です」と、ニューヨーク市にあるニューヨーク大学 (NYU) の理論家 Glennys Farrar 氏は述べていますが、彼はこの研究には関与していません。
超高エネルギーの宇宙線 (主に陽子またはより重い原子核) が、人工の粒子加速器で達成されたよりも何百万倍も高いエネルギーを獲得する方法を誰も知りません。 (物理学者は、「オーマイゴッド粒子」を観測した最初の粒子の 1 つと呼んでいます。) 低エネルギーの宇宙線は、超新星と呼ばれる星の爆発の残留物から発生すると考えられています。しかし、そのような雲は小さすぎて、最高エネルギーの宇宙線を生成できません。代わりに、理論家は一般に、最もエネルギーの高い宇宙線が、銀河の大きさの未確認の加速器で数百万年にわたって加速すると予想しています。
Telescope Array は、その謎を解く手助けをすることを目指しています。高エネルギーの宇宙配列が大気に衝突すると、低エネルギーの粒子の雪崩となって消滅します。これらの粒子は、アレイ内の検出器をトリガーし、研究者が元の宇宙線の方向とエネルギーを推測できるようにします。 2008 年から 2013 年にかけて、研究者は 57 エクサ電子ボルトを超えるエネルギーを持つ 72 の宇宙線を発見しました。これは、粒子加速器で達成された最高エネルギーの 1,500 万倍です。東京大学のテレスコープ アレイ チームの共同代表である佐川博之氏が本日大学での記者会見で報告したように、そのうち 19 個が半径約 20° の空のホットスポットに集まっているように見えます。
テレスコープ アレイ チームの 125 人のメンバーの 1 人であるソルトレーク シティにあるユタ大学のピエール ソコルスキー氏は、この信号は科学者が発見を主張できるほど強力ではないと警告しています。 「眉をひそめるような統計レベルでの改善です」と彼は言います。 72 のランダム ポイントで空に点在する数百万回のシミュレーションを実行することにより、研究者は、ランダムな宇宙線が 2700 分の 1 でそのようなホットスポットを生成する可能性を見積もっています。 /em> 天体物理ジャーナルの手紙 .
しかし、このようなまばらなデータを分析するのは難しいと、ドイツのヴッパータール大学の物理学者であり、500 人のメンバーからなるオージェ チームのスポークスマンである Karl-Heinz Kampert は言います。テレスコープ アレイの研究者は、ホットスポットの半径が 20° であると期待する理由はない、と彼は言います。それでも彼は、チームが本物の信号を見ている可能性が高いと述べています。オージェは活動銀河ケンタウルス A の方向に同様のクラスターを長い間見てきているため、なおさらです。
しかし、テレスコープ アレイが超高エネルギー宇宙線の発生源を見つけ始めたとしても、その正体は不明のままです。物理学者は、最高エネルギーの宇宙線が 5 億光年以上離れたところから来ることはあり得ないと考えています。これは、ビッグバンからの残留放射線との相互作用により、より遠い宇宙線源からの宇宙線が消滅するはずだからです。しかし、近くの宇宙加速器の明白な候補は、ホットスポットと直接一致していないとソコルスキーは言います。しかし彼は、その領域では銀河のフィラメントが地球に向かってよじれていることを指摘し、そのストリングの磁場が粒子を回転させるのに役立つ可能性があると推測しています。
それは驚くべきことではない、と NYU の Farrar は言う。過去 10 年間で、物理学者は、陽子や原子核などの荷電粒子をそらすことができる銀河内の磁場のより詳細なマップを開発してきました。これらの場は、高エネルギーの陽子の経路を数十度、重い原子核の場合はさらに偏向させることができます。それでも、Farrar は、「少なくとも陽子については、5 年以内にたわみを数度以内に予測できたとしても、私は驚かないでしょう」と述べています。
それまでの間、Telescope Array チームは、ホットスポットが本物かどうかを証明したいと考えています。 2,500 万ドルのアレイは、主に日本政府からの資金提供を受けて建設され、主に米国国立科学財団によって運営されています。 Sokolsky と同僚は、提案された 640 万ドルのアップグレードで、検出器の数を 2 倍にし、その領域を 4 倍にしてアレイを拡張したいと考えています。このアップグレードにより、数年で 5 倍のデータを収集できるようになり、問題は解決するでしょう。
