「これ以上何を知りたい？」を受けて個人的な背景、体験から思うこと

榎戸 輝揚
京都大学 白眉センター/宇宙物理学教室
1. いち若手の背景 (自己紹介を兼ねて)
2. いち若手の経験 (具体的なひとつの事例の紹介として)
3. いち若手の思うこと (須藤さん、山田さんの問いかけに答えて)• 高度に細分化された「分野 = コミュニティ」の一員としての意見ではなく、物理学を学んだ「いち若手」の個人的な経験を述べます。
• したがって、コミュニティの若手の代表的な意見ではありません。

eThGalac(AXP 1E 1547.0-5408)

nCe
ticternru

ioregu
Ts

etal.

20

10

X--r

(C) Photo, ESA/XMM-Newton

さそり座

10

天の川銀河の中心
shke
TaiGoT線
Ｘusur

いわゆる「学会」区分での専門は、宇宙X線の研究。特に、磁場の強い中性子星(マグネター)の観測的研究。

TIS.
uX .
z a k e V)
Suk
the 8.0ith (5.0–dw
ne bluetaio b , an dion eV)
kreg
ter –5.0en0c c (2.
cti enala gree G ),f th keVe o – 2 .0ag
im (0.5ed

10r ayheco

Image Credit: Yoshida w/ permission

宇宙最強の磁場をもつ中性子星の突発X線増光

いち若手の背景恒星(大質量星)

ブラックホール

中性子星マグネター？
!
未解明 !

超新星爆発！

確立
で測観
宇宙
H・A・ベーテ (1938年)

小田稔(1971年)
日本のX線天文学の発展

電波パルサーの発見
ノーベル物理学賞(1974年)

軟ガンマ線リピーター
異常X線パルサー

核融合エネルギー

重力エネルギー

回転エネルギー

磁場エネルギー?

星の輝き方は想像を超えて多様 !?
磁場エネルギーで輝く星は存在するか？
可視光で見た銀河
X線で見た銀河 (天の川)(天の川)(中性子星・ブラックホールの発見と同じ科学的意義)【解説記事】榎戸「宇宙最強の磁石星: マグネター観測で垣間見る極限物理」パリティ2015年8月号

いち若手の背景

すざく衛星の打ち上げの年に修士。
博士取得後、スタンフォード大学に2年、NASA ゴダード宇宙飛行センターで3年研究し、昨年度から京都大学へ。

Suzaku X-ray observatory (C) ISAS/JAXA

いち若手の背景: NASAと日本の研究所の違い

NASA では中性子星の内部の状態方程式の解明を目指すX線観測装置 NICERプロジェクトに参画。マグネター研究グループのリード。今年打ち上げ予定。
(c) NASA http://www.nasa.gov/press-release/goddard/2016/nasa-s-nicer-mission-arrives-at-kennedy-space-centerいち若手の背景: 大型プロジェクトとの関わり
宇宙空間からの観測@ひとみ衛星(ASTRO-H)の打ち上げ

大型衛星の失敗が、キャリアにおける体力のない、若い研究者や学生の人生に、どう影響するのかを肌身で体験し目撃した。
すざく衛星、ひとみ衛星のほか、雷観測衛星
SPRITE-SAT (雷神)、X線偏光衛星 GEMS, PRAXyS

Image Credit: Wada Yuki

フラグシップとなる大型ミッションと駆動的な小型プロジェクト

いち若手の体験: 放射線計測を活かすサブ研究
修士論文で観測

雷雲ガンマ線は雷放電の前駆現象？

1. 宇宙線シャワーにより高エネルギー種電子が生成する。

宇宙線++

−
負電荷

−

強電場域
Lav

正電荷++
−

電子加速

e(ポケット正電荷)

−−e+e

雪崩増幅

e ee e+++

カウント数/秒
カウント/秒正電荷

2. 強電場内で逃走電子の雪崩増幅を生じる。

1800
1800
1200
1200
600
600

00

3. 逃走電子が大気分子と相互作用して制動放射ガンマ線を作る。

ガンマ線

4. 加速電子が階段状リーダと呼ばれるイオン化した放電
雷雲に伴う
1分
1分路を形成。
放射線増大の検出

13:33
13:34
13:35
5.13:32
階段状リーダが地上に達す
荷電粒子
2009年1月25日(JST)
2009-01-25
20
ると大電流が流れ空気が過熱されてリターンストロー
10
柏崎刈羽原発での定点観測からクという雷放電が起きる。
13:31

雷雲電場による電子加速を観測
0
制動放射
ガンマ線

雷放電
(落雷)

13:31:00

13:32:00

13:33:00

13:34:00

13:35:00

Tsuchiya, Enoto, et al., PRL 2007, 20096000
榎戸, 修論「雷雲電場による粒子加速の観測的研究」東大 (2007)
榎戸&土屋「雷雲は天然の粒子加速器か？」天文月報 (2008)

ガンマ線

雷雲電場による電子加速の多地点観測をしたい
粒子加速での電場の役割。雷放電の謎に挑戦。検出器開発の訓練。
日本海岸の冬季雷雲は強力な落雷(101-3倍)や低い雲底(<1 km)。
年間雷雨発生日数(C)電中研金沢は雷の宝庫!!

金大付属高校

観測場所の確保！

金沢大学
泉丘高校

小松高校

金沢大学付属高校への訪問説明(C) 気象庁, 2011/12/29

10 km

サイエンスヒルズ
こまつ平成27年度: 学術系クラウドファンディング
SNS を活用して、2ヶ月で100万円を目指す!
学術系クラウドファンディングサイト「academist (アカデミスト)」

オリジナルリターンの準備(協)アダチ・デザイン研究室

マグカップ
オリジナル T シャツ様
皆たっさだ!
!
くたてししまトいお二人のプロジェクトを見て、久しぶりにとてもわくわく ポー
ざご
サ
電源コンセントのうしました！今はささやかな資金貢献しか出来ませんが、私とがもいつか、自分の専門分野を通じて科学技術に貢献できるあり設置に大いに活用
日本海沿岸に住んでいたことがあり、冬季の雷を思い出しました。とても興味深い研究だと思います、応援しています。

論文謝辞 + 特注 USB

よう仕事頑張ろうと思いました。がんばってください！！

現地の大学や高校と連携した観測網の構築
2015年度および2016年度冬季2016年度夏季
2016年度冬季 

3 km


  6能登学舎

柏崎刈羽原子力発電所
金沢市
小松市

乗鞍観測所

(c)%Google,%Data%Japan%Hydrographic%Association 

図 3.7: 柏崎刈羽原子力発電所の設置場所
10 km
7 km

• 現地での組み上げをなるべく省略するため、シンチレータ以外の部状態で配送業者に引き渡せること。

富士山測候所• 定期的にテレメトリーを送信して検出器の動作をモニターすること• 事前試験を十分に行い、展開先で事故を起こさないよう安全性を保

10 km
10 km

これらの要求を達成するため、信号処理・読出系は独自で開発を行い、検 (c) Google, SK telecom, Zenrin, Data SIO, NOAA,
U.S.Navy, NGA, GEBCO, Data Japan
Hydrographic Association,Landsat, Data LDEO-Columnbia, NSF  化を目指す。また専用の治具を設計してシンチレータや信号処理回路など(c)$Google,$ZENRIN,$DATA$SIO,$NOAA,$US$Navy,$NGA,$GEBCO, Landsat
水防塵規格のボックスに封入し、屋外での観測に対応する。各検出器は携
和田有希君(東大)と推進、和田修論 (2017)より抜粋

やっと科研費… Rasp Pi 駆動の小型安価システム
シマフジ電機で協力しFPGA/ADC ボードを開発

1U サイズ 小型衛星への転用も見越した設計
137
137

h0 h0
Entries
Entries69
Mean
Mean 0
RMS
RMS 0.3

104104200

ゲインアンプ後の波形(2 μs整形)

200200NaI 環境放射線
シンチレータ
環境放射線

100102102(40KK1.46(401.46MeVなど)
MeVなど)

10100100

10 1050 500 0

子基板0 0(HV, amp)

137Cs 662 keV
分解能 8.1%

CountCount

150150103103Cs線源の662
Cs線源の662keV輝線
keV輝線(分解能(分解能8.1%)
8.1%)

100

ゲインアンプによる出力波形
ゲインアンプによる出力波形
ADC子基板に内蔵)
取得波形(2(2μsec整形;μsec整形;子基板に内蔵)

250250Counts

ADC channel

mm

子基板に高電圧モジュールやプリアンプ子基板に高電圧モジュールやプリアン搭載してPMT用の小型な読み出し系を構築
Spectrum搭載してPMT用の小型な読み出し系を構
SpectrumWaveform
Waveform
9.5万円

ADC channel
ADC channel

95

取得• DC 12 V 駆動
ADC 入力 : 5V, 50 Ω•
FPGA/ADCボードによるスペクトル取得
FPGA/ADCボードによるスペクトル取得
50 MHz サンプル 12 bit ADC 4ch•・50MHzサンプル12bit
・50MHzサンプル12bitADCを4ch搭載
ADCを4ch搭載
RaspberryPi/ Mac から制御可能
PiPi/ /Macから制御可能•・Raspberry・Raspberry
Macから制御可能
・・5V
5V/ /50ΩのADC入力
50ΩのADC入力
SpareWire端子も搭載•・SpaceWire端子を搭載
・SpaceWire端子を搭載
i3
拡張コネクタで小基板を接続可
・拡張コネクタを使用し子基板を接続可
P・拡張コネクタを使用し子基板を接続可•yrr・95mm
e・95mm(幅)(幅) 95mm
95mm(奥行き)(奥行き)b
単体での消費電力
5Wp•s
・DC12Vで駆動
a・DC12Vで駆動
Rmm
・単体の消費電力は5W
95 x 95 mm•・単体の消費電力は5W
95

1 1
2 22

4 446 68 8Time(microSec)
Time (microSec)

68

10 10

12 12

時間 (μs)0 00.50.5

1 1 1.51.5

2 2 2.52.5 3 3Energy(MeV)
Energy(MeV)

3.53.54 4

4.54.5エネルギー (MeV)5

50 02:30
6060
02:40
50
02:40

200
2016年12月8日
00:20
TRB161208a

02:50

03:00
Date (JST)

03:10

00

03:20
03:20

多地点モニタで雷雲MeVガンマ線の観測に成功！
金沢泉丘高校TRB161208b (fy2016c)
金沢大学附属高校
45
金沢大学
180
10 km 中心時刻 02:56:26
180
40
40
200
小松高校
2016年12月8日 02:50
小松高校
2016年12月8日 03:00

イベント時刻：2016年12月8日 00:13:39

120

100
100
80

6060 02:30 02:40
02:40
小松高校

02:50

03:00
Date (JST)

03:10

03:00
サイエンス
ヒルズこまつイベント時刻：2016年12月8日 00:13:39(c) Google, ZENRIN

180

3030
25
160

20
20
140
140
15120
10
10

5100
100
0
0
03:20
02:30
03:20
80

02:40

02:50

02:40

60
5002:30
02:40
5060
02:40

200
2016年12月8日 03:00

4040

中心時刻 02:58:19
サイエンスヒルズ
こまつ

02:50

03:00
Date (JST)

03:00

03:00
Date (JST)>3 MeV83σ sig.

降水量 (mm/h)

10 km

120100100
80606002:30

02:40

02:40

02:50

03:00
Date (JST)

03:00

03:10

03:20
03:20

Count RateCount(count/sec)
Rate (count/sec)

140

10140
km

Count Rate (count s-1)(c) Google, ZENRINCount Rate (count/sec)

Count Rate (count s-1)

03:00
小松高校
TRB161208c
TRB161208b/c
45
ルズこまつ
サイエンスヒルズこまつ
2016年12月8日
3:00
イベント時刻：2016年12月8日
02:56:26/02:58:19
イベント時刻：2016年12月8日
02:56:26/02:58:19
180(fy2016d)
180
10 km
200
4040
中心時刻 02:58:19
TRB161209 (fy2016a)
160
金沢泉丘高校
金沢泉丘高校2016年12月9日
16:20
2016年12月9日 16:3035
10kmサイエンスヒルズ
180
中心時刻
16:28:44180
金沢大学附属高校
金沢大学附属高校
こまつ
30
金沢大学
金沢大学
30
160
25

03:10

Count Rate (count/sec)

降水量 (mm/h)

140

35

10
10
03:20
503:10

02:40

02:40

02:50

03:20

(c) Google, ZENRIN

03:00
Date (JST)

03:00

0002

03:20

5050
454040

TRB161208c
fy2016d
中心時刻02:58:19

12010101005
100
080002:30

1503:20

10 min15252020

金沢大学附属高校

20
20
140
140

353030

03:10

03:20

03:20

Count Rate (count/sec)

10 km

5050
＠サイエンスヒルズ45

小松高校
サイエンスヒルズこまつ

降水量 (mm/h)

10 km
140(c) Google, ZENRIN

TRB161208c>0.8
MeV
180 (fy2016d)
Count Rate (count/sec)
Count Rate (count/sec)

Count Rate (count/sec)

160
サイエンスヒルズこまつ
2016年12月8日
2:50

03:00

降水量 (mm/h)

Google, ZENRIN(c) Google, ZENRINCount Rate (count s-1)

イベント時刻：2016年12月8日 00:13:39

Count Rate (count s-1)

高校
附属高校

353030252020151010560060050
16:00
16:10
16:20
16:30
16:40
16:50
1650
16:50
16:30
16:10
511 keV TRB161209(対消滅線)の検出!? 光核反応で生成された窒素のβ崩壊?
Date (JST)(fy2016a)

高校

イベント時刻：2016年12月8日 02:56:26/02:58:19

2001)

Google, ZENRIN

2016年12月9日
16:30
180(c) Google, ZENRIN

金沢泉丘高校45

気象学や大気科学との学際融合へ
数値気象シミュレーション、VLF観測など大気電場の分野と連携

理研 AICS で開発中の大型計算機向け気象・気候
ライブラリ SCALE に雷モデルを実装する、理研
AICS 佐藤陽祐さんとの共同研究へ。気象シミュレー
ションと放射線モンテカ
ルロを観測結果と比較
電場変動や VLF 観測などの大気電場の分野とも協力を進めている

mk40

白黒: 雲水
赤:正電荷、青:負電荷
黄: 雷放電の経路
80グリッド(500 m グリッドスケール)(C)RIKEN AICS

地球ガンマ線フラッシュ (Terrestrial Gamma-ray Flash)• 90年代以降に、天文衛星に搭載された放射線検出器が、地球方向から到来す
Scatter plot (1 event)Lightcurves (4るガンマ線のフラッシュを観測した。

• 雷雲上空を駆け上がる電子からの制動放射ガンマ線？。
2ミリ秒

Fig. 2. (Left) Scatter plot of energy versus time for the brightest RHESSITGF. (Center) Histograms of count rate versus time for the brightest,longest, faintest, and shortest (clockwise from upper left). RHESSI TGF

rials surrounding the dhttps://svs.gsfc.nasa.gov/10706
data down to 25 keV

民間の活力を活かした宇宙探査の時代の観測SpaceX Falcon 9, 2016.5.6(C) C. Klassic

構想中• 国家規模の大型衛星に対し、民間の小型衛星も活躍• 小型衛星でサイエンスを出すのは現状では極めて難しい• 太陽系探査と歩調を合わせた宇宙観測の可能性に興味• とんがった小型衛星テーマをたくさん用意しておくさそり座 X-1 (中性子星)の定常重力波を狙う

高速回転する中性子星(質量降着で回転が早くなる)

角運動量を抜くのは円盤？重力波？

パワースペクトル強度

ブラックホール連星合体の重力波の直接検出➡X線観測での貢献は？
L98
VAN DER

自転周期

PSD of
kHz twin QPO
10 ks RXTE/PCA(van der Klis et al., 1997)

200500

周波数 (Hz)

FIG. 1.—Power spectrum from 110 ks of data showing double kilohertz
QPO peaks, with best fit superimposed. Note the absence of additional peaks.
The sloping continuum above 1 kHz is instrumental (§ 2).

• X線の強度変動に QPO が知られ、その差分が自転周期と考えられる。
and all five detectors were not always on. For these reasons,the expected Z-track in the X-ray color-color diagram cannot• 自転周期は質量降着に応じて時間変動し、重力波の探査を難しくする
be recovered now; this awaits better understanding of thespectral calibration of the PCA at high count rates and off-axis
source positions. Raw count rates varied between 60 and• さそり座X-1は全天で最も明るく、大型衛星では観測が難しい。
1.3 3 10 counts s (2– 60 keV).
521We calculated power spectra of all 0.125 ms data using 16 s

• 小型衛星での QPO モニタ観測で周期を計測し、重力波探査に貢献？
data segments, and we calculated one average spectrum foreach continuous data interval. For measuring the properties of
the kilohertz QPO, we fitted the 256 – 4096 Hz power spectra

クラウドソーシングで市民と歩む Zooniverse
例) 火星の表面の模様を分類する PLANET FOUR プロジェクト
トニー・フェダー「市民参加型, クラウドソーシング的研究が大成果」パリティ2016年9月号(C) NASA

学術系クラウドファンディングからの支援

19

http://thdr.info/

新しい潮流 オープンサイエンス
研究者, 大学院生
サイエンス

高校教諭
学生

高大連携

理科教育

開発経験

好奇心Wonder

研究参加

新規事業

アウトリーチ

市民サポーターベンチャーオープンサイエンス(市民科学)への挑戦オープンサイエンス・ワークショップ@MTRL KYOTO
市民と連携する科学者や大学関係者が一堂にKYOTO オープンサイエンス勉強会を毎月開催しています
http://kyoto-open.science須藤さん・山田さんの投げかけへの答え
1. 多くの人が知りたいテーマ（ダークエネルギーの正体とか）は私も知りたい。しかし、ここで並べても、既出か、実現可能性が低い。
2. 実験・観測系の物理屋としての理想は「他のひとが気がついていないことに早く気がつき、解明するプロセスを楽しめる」テーマ。
3. 宇宙論的大テーマの比較としては重箱の隅（？）かもしれないが、10年先までに自分の手でアプローチしたいテーマは個人的に多い。
a.

知りたいこと：Fast Radio Bursts の起源、マグネター仮説への観測的決着、中性子星の内部の高密度状態方程式の観測的解決…etcb.

やりたいこと：Sco X-1 の専用X線衛星で定常重力波へ挑戦、UV 突発天体モニター、極低周波数の宇宙電波観測、完全に全天カバーのX線モニター(ASAS-SN のX線版)、惑星探査時代での宇宙観測(月面利用によるXXX)…etc

4. 科学のオタク化(= 国民の問題意識からの遊離) : 科研費による研究、既出のアウトリーチを超えた、市民参加型のあり方もあるのでは？
5. “Known Knowns, Known unknowns, and unknown unknowns”

いち若手として現状について思うこと
1. 高宇連、光赤天連、宇電懇、理論懇など波長で分けたコミニュティ
ごとに、「イチオシ」や「優先度」をつけたプロジェクト提案から吸い上げる枠組みは、現状のサイエンスに適合しなくならないか？
• 例) ガンマ線バースト観測の衛星、基盤技術のクロストーク

2. 基盤となる共通技術（冷凍機、DAQシステム、ビッグデータ処理)の専門的研究者が、波長を超え「スムーズ」に次のプロジェクトに移る体制はないか？ c.f., 日本の研究所は波長や分野で分ける構成だが…
3. 学際的な研究テーマを出せる科研費の枠組みが、若手には弱いか？
（シニアには「新学術」がある。「挑戦的研究」では既存の分類）• 雷雲プロジェクト: 宇宙線・宇宙物理、大気電気、気象シミュレーション

4. 文科省の若手官僚の友人「10年前の研究費を100として、日本は105, 中国は 1100」(裏取りなし) ➡ もう高度経済成長ではない。
• とはいえ個人的には科研費のキャップがあろうが、やりたいことがあれば方法と方策を見つけてくればいいだけの話。ひとのいく裏に道あり山桜。