超高エネルギー宇宙線とは? わかりやすく解説

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超高エネルギー宇宙線

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/01/18 05:04 UTC 版)

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超高エネルギー宇宙線(ちょうこうエネルギーうちゅうせん、UHECRs, ultra-high-energy cosmic rays)[1]は、宇宙線物理学英語版において、1018eVより大きな運動エネルギーを持つ、典型的な宇宙線とは非常にかけ離れた静止質量エネルギーの値を持つ宇宙線である。特に、GZK限界の 5×1019eV (約8J) よりも大きなエネルギーを持つ UHECR は最高エネルギー宇宙線 (EECR) とも呼ばれる。

解説

高エネルギー宇宙線は宇宙マイクロ波背景放射光子に散乱されてエネルギーを失うことから、GZK限界は約1.6億光年の長い距離を渡ってきた宇宙線が持つエネルギーの上限と考えられている。このことにより、EECR は初期宇宙から生き残っているものではなく、宇宙論的に「若く」、どこかの超銀河団から未知の物理的過程を経て放出されたものと推定される。

これらの宇宙線は非常に稀である。2004年から2007年にかけて行われたピエール・オージェ観測所英語版 (PAO) での最初の観測で、5.7×1019eV を超えるものは27回しか観測されなかった。これは、3,000km2もの面積を持つ観測所で4週間に1度程度しか観測されないという少なさである[2]

この宇宙線の正体は、陽子ではなくヘリウム(He)またはより重い原子核と考えられている[1]

発生源を求める研究

想定される (仮説上の) EECRの発生源は、粒子を1ゼタ電子ボルト (1021eV) まで加速することから、ローレンス・バークレー国立研究所ベバトロン英語版フェルミ国立加速器研究所テバトロンに倣ってゼバトロンと呼ばれる。2004年には、ジェット内の衝撃波に起因する粒子の拡散加速によって銀河ジェットがゼバトロンとして機能する可能性が考慮された。具体的には、近隣にあるM87銀河の宇宙ジェットの衝撃波が原子核をZeVの範囲まで加速することができる、というモデルが示唆された[3]。2007年に PAO は暫定的ながら、近隣の活動銀河核 (AGN) の中心部にある超大質量ブラックホールと EECR を関連付けた[4]。グライブとパヴロフによるより推論的な提案では、ペンローズ過程による超重量暗黒物質の減衰によるものとしている。

脚注

  1. ^ a b 常定芳基, 荻尾彰一, 佐川宏行、「超高エネルギー宇宙線観測の現在 : テレスコープアレイ実験の結果(最近の研究から)」 『日本物理学会誌』 2013年 68巻 10号 p.670-674, doi:10.11316/butsuri.68.10_670, 日本物理学会
  2. ^ Laura J. Watson, Daniel J. Mortlock, Andrew H. Jaffe, A Bayesian analysis of the 27 highest energy cosmic rays detected by the Pierre Auger Observatory, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 418, Issue 1 (2011), pp. 206–213.
  3. ^ Honda, Mitsuru; Honda, Yasuko S. (2004). “Filamentary Jets as a Cosmic-Ray "Zevatron"”. The Astrophysical Journal Letters 617: L37–L40. arXiv:astro-ph/0411101. Bibcode2004ApJ...617L..37H. doi:10.1086/427067. 
  4. ^ The Pierre Auger Collaboration (2007年11月9日). “Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects”. 2014年7月15日閲覧。

関連項目

外部リンク


超高エネルギー宇宙線

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LOFAR」の記事における「超高エネルギー宇宙線」の解説

LOFARは、粒子用いた天体物理学分野において、超高エネルギー宇宙線( 10 1510 20.5 {\displaystyle 10^{15}-10^{20.5}} エレクトロンボルト)の起源を探るというテーマ強み発揮する宇宙線粒子加速については、その場所もメカニズム不明のままである加速現場可能性として、電波銀河放出するジェット付随する衝撃波銀河形成時に作られる衝撃波極超新星ガンマ線バースト初期宇宙相転移等が挙げられている。LOFAR観測できるのは超高エネルギー宇宙線粒子そのものではなく粒子地球大気衝突して大気シャワー発生する際に放射される電波パルスである。

※この「超高エネルギー宇宙線」の解説は、「LOFAR」の解説の一部です。
「超高エネルギー宇宙線」を含む「LOFAR」の記事については、「LOFAR」の概要を参照ください。

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