宇宙物理学

ハドロン宇宙国際研究センター 【物理学】

南極点にあるIceCubeプロジェクト観測所




南極でニュートリノを観測し、高エネルギー宇宙の起源を探る


吉田 滋

千葉大学大学院 理学研究院 教授
ハドロン宇宙国際研究センター センター長


1994年、東京工業大学で理学博士を取得。アメリカ・ユタ大学研究員、東京大学助手等を経て2002年、千葉大学に着任。超高エネルギー宇宙ニュートリノ発見への貢献により平成基礎科学財団より戸塚賞を2014年に受賞。

◎南極の氷に5160 個の「光検出器」を埋め込んだアイスキューブ

宇宙には、光のスピードで降り注ぐ、「エネルギーの高い」物質の束(宇宙線)があります。その中には、目に見える光(可視光)に比べて1000兆倍以上もエネルギーの高いものがあります。いわば極限宇宙の産物とも言えるこの宇宙線はどのように作り出されたのでしょう?

千葉大学ハドロン宇宙国際研究センターは、この宇宙物理学上最大の謎を解き明かすことを研究ミッションとして掲げています。その具体的手段として、素粒子の一つである「ニュートリノ」を捉えることで極限高エネルギー宇宙の現場を調べる手法を用いています。

ニュートリノは貫通力が高いため、宇宙探査には極めて有用ですが、その性質ゆえに、検出器を作っても痕跡を残さず、大半のニュートリノは素通りしてしまいます。そのため、希少な高エネルギーニュートリノが稀に残す痕跡を捉えるには巨大な体積を持つ検出器が必要とされるのです。そこで、南極大陸にある氷河を検出体に使おうという発想が生まれ、12カ国国際共同実験「IceCube」プロジェクトがスタートしました。本センターは日本からの唯一の参加研究機関です。

IceCube実験装置は南極点にある米国アムンゼン・スコット基地直下に7年余りの歳月をかけて建設されたました。そこには、ニュートリノがごく稀に氷河と衝突して放射する微弱な紫外光を捉える検出器5160台が埋設されています。

2011年より完全稼働に入ったIceCube実験の観測データから、私達日本グループは可視光に比して1000兆倍も高いエネルギーのニュートリノ事象を発見しました。これは粒子を加速する宇宙「エンジン」によって作られたニュートリノが実在することを示唆する世界初の観測結果です。

そのような観測データを利用し、3次元の磁気流体シミュレーションコードを超並列スーパーコンピュータに実装して高解像度のシミュレーションを行うことで、高エネルギーニュートリノの放射源として考えられている巨大ブラックホールの仕組みの解明を目指しています。

学問は刻一刻と変化していきます。新しい分野は過去の蓄積が少ない分、特に若者の熱意が、その進展を左右します。ぜひチャレンジしてほしいと思います。



(2)直径330ミリの光検出器  (3)埋め込みを待つ光検出器  
(4)125メートル間隔で氷の中に埋め込む  (5)観測されたニュートリノ事象



(6)ブラックホールが宇宙ジェットを噴出している様子のシミュレーション。なぜジェットが噴出されるのかは解明されていない
(7)埋め込みを待つ光検出器 

 

 

 

【関連リンク】 - 千葉大学 特色ある研究活動の成果: 南極のニュートリノ観測施設「IceCube」と超高エネルギー宇宙線の起源に関する新しい解析

- ハドロン宇宙国際研究センター
- IceCube South Pole Neutrino Observatory