時々、宇宙線 (宇宙空間からの亜原子粒子) が、人工の粒子加速器がこれまでに達成したよりも 1000 万倍高いエネルギーで大気に衝突します。物理学者は、このような気が遠くなるようなエネルギー粒子がどこから来るのかを知りませんが、世界最大の宇宙線実験の 1 つの拡大のおかげで、答えに近づいている可能性があります。
日本は、テレスコープ アレイ (TA) のサイズをほぼ 4 倍にするために 370 万ドルを費やす予定です。TA は現在、ユタ砂漠の 700 平方キロメートルに広がる 507 個の粒子検出器で構成されています。検出器は、光線が大気に衝突したときに引き起こされる粒子のなだれ、または物理学者が「広範な空気シャワー」と呼ぶものを感知します。東京工業大学の物理学者で TA チームのメンバーである常定良樹氏は、TA のエリアを約 2500 平方キロメートル (ニューヨーク市の 2 倍) に拡大するために、物理学者はさらに 400 個の緩やかな間隔の検出器を配置する予定であると述べています。空気シャワーのサイズと方向から、物理学者は元の光線のエネルギーと方向を推測できます。研究者は 2017 年に拡張を完了することを望んでいます。日本は、現在のアレイの 2,500 万ドルの費用の 3 分の 2 を支払いました。
単純に TAx4 または「TA x 4」として知られるこの膨張は、研究者が最高エネルギー光線の起源を特定するのに役立つ可能性があります。この光線では、単一の亜原子粒子が、ゴルフ ボールがグリーンに飛び込むのと同じくらいのエネルギーを運ぶことができます。物理学者はまだ光線の発生源を見つけていません。しかし、昨年 7 月 TA の研究者は、60 エクサ電子ボルト (EeV) を超えるエネルギーを持つ過剰な光線が、北斗七星を含むおおぐま座の一般的な方向から来ていることを報告しました。 「幅約 20 度のクラスター内に約 20 のイベントがあります」と、東京大学の物理学者で TA チームの共同スポークスマンである佐川博之は言います。光線がどこからでも均等に来る場合、そのような円には約 5 つの光線が含まれるはずです、と佐川は言います。 「さらにデータを取得すれば、ホットスポット内の構造を観察できるかもしれません」と彼は言います。
この拡張により、TA はライバルであるアルゼンチンのピエール オージェ天文台とほぼ同じ大きさになります。アルゼンチンのピエール オージェ天文台は、3000 平方キロメートルにわたって異なる設計の 1600 個の粒子検出器を備えています。 2007 年、オージェの共同研究は、最高エネルギーの宇宙線が特定の銀河の燃えるような心臓から発生しているように見えることを報告しました。しかし、オージェがより多くのデータを収集し続けているため、その相関関係は維持されていません。 Auger は 2005 年に、TA は 2008 年にデータの取得を開始しましたが、何年にもわたって、チームはいくつかの重要な結果について意見が一致していませんでした。たとえば、TA 物理学者は、ほとんどの物理学者が予想したように、最高エネルギー線は陽子であると主張していますが、オージェ物理学者は、より重い原子核が含まれている可能性があると主張しています。
何年も前に、オージェの物理学者は、北半球でアレイの双子バージョンを構築することを主張していました。現在、その拡大により、TA はその役割を効果的に果たします。 「同じ大きさの観測所が 2 つあれば、空全体を見ることができます」と佐川氏は言います。宇宙線では半球が異なって見える可能性があるため、「これは非常に重要です」と彼は言います。
オージェと同様に、TA には特殊な望遠鏡のバッテリーがあり、晴れた月のない夜に、大規模な空気シャワーによって生成されるかすかな光または蛍光を検出できます。このような望遠鏡の観測は、シャワーのエネルギーのより良い測定を提供し、表面検出器の配列を調整するための鍵となります.同じイベントでの蛍光望遠鏡と表面検出器の読み取り値を比較することにより、物理学者はシャワーのエネルギーをより適切に推定する方法を見つけ出すことができます.表面検出器のみからのエネルギー。 TA には現在 3 台の望遠鏡のバッテリーがあり、研究者は米国国立科学財団 (NSF) がさらに 2 台の費用を負担してくれることを望んでいる、とソルトレイクシティーのユタ大学の物理学者 Douglas Bergman は述べています。
TA チームは、NSF が主に新しいバッテリーの製造に約 100 万ドルを費やすことを望んでいる、と Bergman 氏は述べています。研究者たちは、以前の実験で使用した望遠鏡自体をすでに持っていると彼は言います。物理学者は昨年の秋に NSF に申請し、今年の秋にも申請するとバーグマンは言います。 「日本からこのエキサイティングなニュースがあるという意味で、見通しは良くなると思います」とバーグマンは言います.
一部の TA の物理学者でさえ、より多くのデータを使用すると、ホットスポットが維持できなくなる可能性があると警告しています。 「個人的には、それが本当かどうかはまだ疑問です」と常定は言います。過去には、多くの興味をそそる宇宙線の結果がうまくいかなかった、と彼は指摘します。実際、常定氏は、拡張された TA とオージェが最高エネルギー線の発生源を検出しなければ、探索は終了する可能性があると述べています。 「私たちエアシャワー研究者にとっては、これが最後のチャンスかもしれません」と恒定は言う。他の人はより楽観的です。たとえば佐川氏は、衛星搭載の蛍光望遠鏡を使用して、はるかに広い範囲で空気シャワーを研究できる可能性があると指摘しています。
