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宇宙線観測所は、宇宙からやってくる宇宙線と呼ばれる高エネルギー粒子を検出するために建設された科学施設です。これには通常、光子（高エネルギー光）、電子、陽子、一部のより重い原子核、および反物質粒子が含まれます。宇宙線の約 90% は陽子、9% はアルファ粒子、残りの約 1% はその他の粒子です。
低エネルギーX線用のウォルター望遠鏡のような、宇宙線の結像光学系を構築することはまだ不可能であるが[1] [2]、一部の宇宙線観測所では高エネルギーガンマ線やX線も探している。超高エネルギー宇宙線（UHECR）はさらに検出上の問題を引き起こす。宇宙線について学ぶ1つの方法は、さまざまな検出器を使用して宇宙線空気シャワーの側面を観測することである。
ガンマ線の検出方法: [3]
- シンチレーション検出器
- 固体検出器
- コンプトン散乱
- ペア望遠鏡
- 空気チェレンコフ検出器
例えば、可視光の光子のエネルギーは数eVであるが、宇宙ガンマ線はTeV（1,000,000,000,000 eV）を超えることがある。[3]宇宙ガンマ線（光子）は、原子核宇宙線と同じグループに分類されないことがある。[3]
歴史
「1952年、単純かつ大胆な実験により、大気圏を通過する宇宙線によって生成されるチェレンコフ光が初めて観測され、天文学の新しい分野が誕生しました。」 [4]この研究[5]は、最小限の機器費用（ゴミ箱、戦争で余剰となった放物面鏡、直径5cmの光電子増倍管）で行われ、パトリック・ブラケットの提案に基づいており、最終的に現在のガンマ線天文学への国際的な数十億ドルの投資につながりました。
1958年に打ち上げられたエクスプローラー1号衛星はその後宇宙線を測定した。[6]アイオワ州立大学宇宙線研究所のジョージ・H・ルートヴィヒが設計したアントン314全方向性ガイガー・ミュラー管は宇宙線を検出した。この管は30MeV以上のエネルギーを持つ陽子と3MeV以上のエネルギーを持つ電子を検出できた。ほとんどの時間、この装置は飽和していた。[7]
計測機器は、予測される宇宙線カウント（1秒あたり約30カウント）を報告することもあったが、1秒あたり0カウントを示すこともあった。アイオワ大学（ヴァン・アレン指揮下）は、1秒あたり0カウントの報告はすべて南米上空の高度2,000 km（1,250マイル）以上からのものであり、500 km（310マイル）の通過では予測されるレベルの宇宙線が示されることに気づいた。これは南大西洋異常域と呼ばれる。その後、エクスプローラー3号の後、元のガイガーカウンターは、地球の磁場によって宇宙空間に閉じ込められた荷電粒子のベルトからの強力な放射線に圧倒された（「飽和」した）と結論付けられた。この荷電粒子のベルトは現在、ヴァン・アレン放射線帯として知られている。
宇宙線は20世紀後半にミール宇宙ステーションで、シルアイ実験などで研究されました。 [ 8]この実験では、宇宙飛行士が宇宙で見た閃光と宇宙線の関係、つまり宇宙線視覚現象が研究されました。[8]
1993年12月、日本の明野巨大大気シャワー観測所（略称AGASA）は、これまでに観測された中で最もエネルギーの高い宇宙線現象の一つを記録した。[9]
2003年10月、アルゼンチンのピエール・オージェ天文台は100台目の地表検出器の建設を完了し、世界最大の宇宙線アレイとなった。[9]この天文台は、粒子が水と相互作用するときに生成されるチェレンコフ放射を観測する方法と、地球の大気圏で放出される紫外線を観測するという2つの異なる方法を使用して宇宙線を検出している。[9] 2018年には、オージェプライムと呼ばれるアップグレードのインストールが開始され、シンチレーション検出器と電波検出器が天文台に追加されました。
2010年にAMANDAの拡張版であるIceCubeが完成しました。IceCubeは1立方キロメートルの透明な氷の中のチェレンコフ光を測定します。毎日2億7500万本の宇宙線を検出すると推定されています。[9]
スペースシャトルエンデバー号は、 2011年5月16日にアルファ磁気分光計（AMS）を国際宇宙ステーションに輸送しました。運用開始からわずか1年余りで、AMSは170億件の宇宙線イベントに関するデータを収集しました。[9]
観測所と実験
宇宙線研究の取り組みは数多くあります。これらには以下が含まれますが、これらに限定されるわけではありません。
- 地上ベース
- アルボルツ天文台
- エルゴ
- チコス
- ガンマ
- KASCADE -(Grande) – カールスルーエ シャワー コアおよびアレイ検出器 (およびその拡張部分「Grande」)
- 大型高高度大気シャワー観測所
- LOPES – LOFAR PrototypE ステーションは、KASCADE の無線拡張機能です。
- TAIGA – 宇宙線物理学とガンマ天文学のためのトゥンカ先進機器
- HAWC高高度水チェレンコフ
- 高エネルギー立体視システム
- 高解像度フライアイ宇宙線検出器
- MAGIC（望遠鏡）
- マリアッチ
- ピエール・オージェ天文台
- プロジェクトGRAND
- 南広域ガンマ線観測所
- 望遠鏡アレイプロジェクト
- WALTA (ワシントン広域時間同時観測アレイ)
- アイストップ
- 戦術
- ベリタス
- 主要大気チェレンコフ実験望遠鏡(MACE)
- 衛星ベース
- 気球搭載
- BESS（超伝導分光計搭載気球実験）
- ATIC (先進薄型イオン化カロリメータ)
- TRACER（宇宙線検出器）
- BOOMERanG実験
- TIGER [1] 2012年5月3日にWayback Machineでアーカイブ
- 宇宙線エネルギーと質量(CREAM)
- AESOP (反電子サブオービタルペイロード)
- 汎用反粒子スペクトロメータ（GAPS）
超高エネルギー宇宙線
超高エネルギー宇宙線観測所：
- MARIACHI – 米国ロングアイランドにある高電離宇宙線のレーダー調査用混合装置。
- GRAPES-3 (ガンマ線天文学 PeV EnergieS 3rd Establishment) は、南インドのウーティにある空気シャワー検出器アレイと大面積ミューオン検出器を使用した宇宙線研究プロジェクトです。
- AGASA – 日本の明野巨大空気シャワーアレイ
- 高解像度フライアイ宇宙線検出器(HiRes)
- ヤクーツク広域大気シャワーアレイ[10]
- ピエール・オージェ天文台
- 極限宇宙宇宙観測所
- 望遠鏡アレイプロジェクト
- 南極インパルストランジェントアンテナ（ANITA）は、超高エネルギー宇宙線によって引き起こされると考えられる超高エネルギー宇宙ニュートリノを検出します。
- フロリダ A&M 大学の COSMICi プロジェクトは、MARIACHIと共同で、UHECR シャワー用の低コスト検出器の分散ネットワークの技術を開発しています。
参照
参考文献
- ^ Wolter, H. (1952). 「X線用結像光学系としての斜入射ミラーシステム」Annalen der Physik . 10 (1–2): 94–114. Bibcode :1952AnP...445...94W. doi :10.1002/andp.19524450108.
- ^ ウォルター、H. (1952)。 「Verallgemeinerte Schwarzschildsche Spiegelsysteme streifender Reflexion als Optiken für Röntgenstrahlen」。アンナレン・デア・フィジーク。10 (4–5): 286–295。ビブコード:1952AnP...445..286W。土井：10.1002/andp.19524450410。
- ^ abc GSFC ガンマ線望遠鏡と検出器
- ^ 「空気チェレンコフ放射の発見」2012年7月18日。
- ^ Galbraith, W.; Jelley, JV (1952). 「宇宙線に関連する夜空からの光パルス」Nature . 171 (4347): 349–350. Bibcode :1953Natur.171..349G. doi :10.1038/171349a0. S2CID 4249692.
- ^ 「Explorer-I と Jupiter-C」。データシート。国立航空宇宙博物館宇宙部門、スミソニアン協会。2008年 2 月 9 日閲覧。
- ^ 「宇宙線検出器」。NSSDCマスターカタログ。NASA。2008年 2 月 9 日閲覧。
- ^ ab ビドリ、V;カソリーノ、M;デ・パスカル、国会議員。富良野市、G。モルセリ、A;ナリシ、L;ピコッツァ、P;レアリ、E;スパルボリ、R;ガルパー、AM; Ozerov YuV、Popov AV;ニュージャージー州バビロフ。アレクサンドロフ、AP;アヴデエフ、SV;ゆう、バトゥリン。ゆう、ブダリン。パダルコ、G;シャベルニコフ、バージニア州。バルベリーニ、G;ボンヴィチーニ、W;ヴァッキ、A;ザンパ、N;バルタルッチ、S;マッツェンガ、G;リッチ、M;アドリアーニ、O;スピランティーニ、P;ボエジオ、M;カールソン、P; Fuglesang、C;カステッリーニ、G;サニータ、WG (2000)。 「宇宙ステーション MIR 上の宇宙線と閃光の研究: SilEye 実験」。高度なスペース解像度25 (10): 2075–9. Bibcode :2000AdSpR..25.2075B. doi :10.1016/s0273-1177(99)01017-0. PMID 11542859.
- ^ abcde 「宇宙線 | CERNタイムライン」。timeline.web.cern.ch。2017年9月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年9月15日閲覧。
- ^ "EAS".ロシア科学アカデミーシベリア支部のYu.G.シェーファー宇宙物理学研究所および超高層気象研究所。ロシア科学アカデミーシベリア支部のYu.G.シェーファー宇宙物理学研究所および超高層気象研究所。 2021年5月30日閲覧。
さらに読む
- ピエール・オージェ共同研究(2007 )。「最高エネルギー宇宙線と近傍の銀河系外天体の相関関係」。サイエンス。318 ( 5852): 938–943。arXiv : 0711.2256。Bibcode : 2007Sci ... 318..938P。doi :10.1126/science.11 51124。PMID 17991855。S2CID 118376969 。
- クレイ、ロジャー、ドーソン、ブルース (1997)。『宇宙の弾丸：天体物理学における高エネルギー粒子』ケンブリッジ、マサチューセッツ州：ペルセウスブックス。ISBN 978-0-7382-0139-9。→ 超高エネルギー宇宙線についての優れた入門書。
- エルバート、ジェローム W.;ソマーズ、ポール(1995)。「320 EeV フライズアイ宇宙線の発生源を探して」。天体物理学ジャーナル。441 : 151–161。arXiv : astro-ph/9410069。Bibcode : 1995ApJ ...441..151E。doi : 10.1086/175345。S2CID 15510276 。
- Seife , Charles (2000)。 「ハエの目が宇宙線の消滅のピークを察知」。サイエンス。288 (5469): 1147。doi :10.1126/science.288.5469.1147a。S2CID 117341691 。
外部リンク
- 「宇宙線の謎を解くために作られた奇妙な装置」、1932年4月、ポピュラーサイエンス
- 史上最高エネルギー粒子の記録 Fly's Eye 検出器の公式サイトからのイベントの詳細。
- 1994年に出版されたジョン・ウォーカーによる1991年の出来事に関する活発な分析
- エネルギー宇宙粒子の起源が特定される、Mark Peplow 著、news@nature.com 向け、2005 年 1 月 13 日公開。
- 宇宙線検出器のリスト（2012年12月30日アーカイブ）
