超高エネルギーガンマ線

超高エネルギーガンマ線（VHEGR）は、光子エネルギーが100 GeV（ギガ電子ボルト）から100 TeV（テラ電子ボルト）、すなわち10 ¹¹から10 ¹⁴電子ボルトのガンマ線を指します。^[1]これは、波長10 −17 から10 −20 メートル、または周波数2 × 10 25 から2 × 10 28 Hzにほぼ相当します 。この^ような^{エネルギー}レベル^は、^{コンパクト}な天体を含むいくつかの連星系などの天体源からの放射から検出されています。^[1]たとえば、はくちょう座X-3から放射される放射は、GeVからエクサ電子ボルトレベルの範囲で測定されています。^{[1]その他の天体源には、} BL Lacertae、^[2] 3C 66A ^[3] Markarian 421、Markarian 501などがあります。^[4] 既知の天体と関連しないさまざまなソースが存在します。たとえば、HESSカタログには2011年11月の時点で64のソースが含まれていました。^[5]

この放射線を検出する機器は、一般的に、地球の大気圏に進入する高エネルギー光子から生成された二次粒子によって生成されるチェレンコフ放射を測定する。 ^[3]この方法は、イメージング大気チェレンコフ法またはIACTと呼ばれる。高エネルギー光子は、元の光子の方向から1°に限定された光円錐を生成する。地球の表面の約10,000 m ^{2 が}各光円錐によって照らされる。エネルギーが0.1 TeV以上であれば、現在の技術で1平方メートルあたり毎秒10 ^{−7光子のフラックスを検出できる。 [3]}機器には、計画中のチェレンコフ望遠鏡アレイ、クリミアのGT-48、ラ・パルマ島のMAGIC、ナミビアの高エネルギー立体視システム（HESS）^[6] VERITAS ^[7]、および2001年に閉鎖されたシカゴ空気シャワーアレイがある。宇宙線も同様の閃光を発するが、閃光の形状に基づいて区別することができる。また、複数の望遠鏡で同時に同じ場所を観測することで、宇宙線を排除することができます。^{[8] 100 TeVを超えるガンマ線では}、広範囲にわたる粒子の空気シャワーが検出されます。水シンチレーション検出器または高密度の粒子検出器アレイを使用して、これらの粒子シャワーを検出できます。^[8]

ガンマ線によって生成される素粒子の空気シャワーは、シャワーの深さがはるかに深く、ミューオンの量がはるかに少ないという点で、宇宙線によって生成されるものと区別することもできます。^[7]

非常に高エネルギーのガンマ線は、ランダウ・ポメランチュク・ミグダル効果を示すにはエネルギーが低すぎる。光子の進路に垂直な磁場のみが対生成を引き起こすため、地磁気線に平行にやってくる光子は大気圏にぶつかるまでそのまま生き残ることができる。磁気の窓を通過してくるこれらの光子は、ランダウ・ポメランチュク・ミグダルシャワーを作ることができる。^[9]

超高エネルギーガンマ線は、宇宙線の発生源を明らかにする可能性があるため重要です。ガンマ線は、発生源から観測者まで（時空内で）一直線に進みます。これは、磁場によって移動方向が乱される宇宙線とは異なります。宇宙線を生成する発生源は、ほぼ確実にガンマ線も生成します。宇宙線粒子が原子核または電子と相互作用して光子または中性パイ中間子を生成し、それが超高エネルギー光子に崩壊するためです。^[8]

一次宇宙線ハドロンとガンマ線の比率も、宇宙線の起源についての手がかりを与えます。ガンマ線は宇宙線の発生源の近くで生成されることもありますが、 50 EeVを超えるグライゼン・ザツェピン・クズミン限界カットオフを介して宇宙マイクロ波背景との相互作用によって生成されることもあります。 ^[9]