ハドロン宇宙国 際 研 究センター アイス ハップ ニュース

南極点でピクニック
南極点には、「Ceremonial Pole」と呼ばれる観光用のInternational Centerfor Hadron Astrophysics

9Jan. 2019 no.

標識があり、その周りを南極条約に加盟する12ヵ国の国旗が囲んでいます。写真は、その Pole の前でピクニックを楽しむ越冬メンバーたち。氷上にブランケットを敷いて、半袖でアイスクリーム。そこが南極点であることを忘れそうです。

©Benjamin Eberhardt, IceCube/NSF

Report now 1
ニュートリノ天 文学部門

超高エネルギー宇宙ニュートリノの「微分上限」 最高エネルギー宇宙線起源は何か?
理学研究院・教授

吉田 滋

あるエネルギー E を中心として10-0.5Eから100.5Eの中最高エネルギー宇宙線とニュートリノに一様に分布する仮想的なニュートリノスペクトルに対IceCube 実験で観測可能なニュートリノのエネルギー10する流量上限値をデータから導出します。エネルギー E

GeV 以上にも達します。この様な極めて高いを変えて同様の計算を繰り返せば、ニュートリノ流量のエネルギーの宇宙ニュートリノは、宇宙からの極限エネル上限値がエネルギー E の関数として示せます。これが「一ギー放射である最高エネルギー宇宙線から生成されます。

般的な」制限なのは、理論が予測するニュートリノスペ

最もよく知られた機構は、宇宙線陽子が放射天体から飛クトルはこの仮想的一様流量を、E を変えながら「積分」行してくる間に宇宙背景輻射と衝突してニュートリノをすることで近似的に表現できるからです。

域は10生成するもので、このニュートリノはGZK（cosmogenic）ニ図1に結果を示します。黒い太線が、ニュートリノ流ュートリノと呼ばれます。このニュートリノは、遠方で量微分上限値であり、この曲線より上または近接するよより活発な種類の天体が宇宙線放射天体であった場

うな理論モデルは、ニュートリノ観測結果からは否定さ合は量が増えます。距離 R にある天体からのニュートれます。この図で示された3つの理論予想も否定的とさ

23

リノの数は1/R で減りますが、天体の数自体は R でれています。流量上限値は 109 GeV で 2x10-8 GeV/増えるので、ニュートリノの様に貫通力が高く、遠くのcm2 sec sr であり、これは最高エネルギー宇宙線の流宇宙からでもエネルギーを失わずに到達する粒子では、量とほぼ同じです。最高エネルギー宇宙線の主成分が遠い距離にある天体由来の寄与が効くからです。

陽子であるかぎり、理論モデルの詳細によらず親宇宙線

7IceCube実験では、10 GeV 以上のエネルギー領域とほぼ同量のニュートリノが生成されます。今回の結果で宇宙ニュートリノが見つかっていないことから、最高は、自然な、したがって有力な最高エネルギー宇宙線放エネルギー宇宙線の主成分が陽子である限り、遠方宇宙射天体候補は主要起源ではないという2016年の結論をで活発であるような天体は起源天体ではないことをより普遍的に裏付け、最高エネルギー宇宙線は陽子が主2016年に明らかにしました［1］*1。最高エネルギー宇宙成分ではないことを示唆します。

線起源天体は極めて輝度の高いパワフルな天体であるべ

図１：10PeV以上の超高エネルギー領域における宇宙ニュートリノ流量の微分上限値（黒の実線）。他実験（Auger,ANITA）による上限値も示しています。高エネルギー宇宙線由来のニュートリノ流量理論予想も青、緑、水色の曲線で示しました。

きというのが定説であり［2］、その多くはより遠方で活発であるため、この結果は驚くべきものでした。

宇宙線起源理論に普遍的な制限をかける
一方で、この結果はGZK ニュートリノをはじめとする様々な理論モデルを個別にテストして導きだしたものです。IceCube実験の結論はそれらの理論の不定的な仮定に依存するとの反論も可能です。また将来に提案される新しい理論モデルには何も言うことができません。
そこでなるべく理論の詳細に依らずに実験データだけを使って超高エネルギー宇宙ニュートリノの量について、皮肉なことに、IceCube 実験が発見した PeV（10 6より一般的な制限をかけることは重要です。これがあれGeV）のエネルギーを持つ宇宙ニュートリノは微分制限

ば、理論家はこの一般的な制限に抵触しないようにモデを算出する際に雑音事象となり、本来の観測感度を十分ルを構築することができるからです。今回我々はこの一に活かす制限をつけられませんでした。この問題を解決

般的な制限を9年分の観測データから導き出しました

する手法を編み出したことで、我々自身の過去の結果（図。

［3］「微分制限」（Differential limit）というこの手法は、[1] “Constraints on Ultrahigh-Energy
Cosmic-Ray Sources from a Search for
Neutrinos above 10 PeV with IceCube”,
IceCube Collaboration, Phys. Rev. Lett.
117, 241101 (2016).

[2] “Anisotropy vs chemicalcomposition at ult ra-high energies”,M.Lemoine and E.Wax man,
JCAP, 11, 09 (2009).

中破線）を改善することもできたのです。
[3] “Differential limit on the extremely-highenergy cosmic neutrino flux in the presenceof astrophysical background from nine yearsof IceCube data”, IceCube Collaboration,Phys.
Rev. D 98, 062003 (2018).

＊1 ICEHAP ニュース No.5 石原
安野氏の記事もごらんください。
http://www.icehap.chiba-u.jp/
activity/ICEHAP_NEWS/book
data_5/index.html

Report now 2
プラズマ宇宙研究部門

スーパーコンピュータ「京」を使った1兆粒子シミュレーションで強い天体衝撃波の3次元構造を世界で初めて解明
理学研究院・特任准教授

松本洋介
宇宙から飛来する高エネルギー粒子誕生の謎

宇宙には高エネルギーの荷電粒子が飛び交っており、これを宇宙線と呼びます。その発見から100年以上たった現在においても、どのような物理メカニズムで冷たいプラズマ中の荷電粒子が 10 桁以上も高いエネルギーを持つ宇宙線へと変貌するかを理解することがチャレンジ
ングな問題として残されています。とりわけ、高エネル
ギー天体からの電磁波は、ほぼ光速で動きまわる電子によって放射されていると考えられていますが、この相対論的なエネルギーを持つ電子がどのようにして作られたかは、宇宙物理学の謎の一つとして残されています。

スパコン「京」を用いた1兆粒子計算
我々はスーパーコンピュータ「京」が有する計算能力の約 10％（73,728 計算コア、100 テラバイト物理メモリ）を駆使してプラズマの第一原理計算を行い、強い天体
衝撃波 *1 の 3 次元構造を世界で初めて明らかにしました［1］。ペタバイト *2 に上る膨大なデータを解析することにより、冷たい電子が相対論的なエネルギー（ほぼ光速で運動するエネルギー）まで加速する様子を示すことに成功しました。冷たい電子は衝撃波と相互作用する過程で、1. コヒーレント *3 な電場の波と共鳴する共鳴型加速、2. 強い乱流磁場に散乱されながら加速する（上段）衝撃波の3次元構造。色は電子密度を表す。
（中段右）衝撃波の上流側で電場の波（色）と共鳴するサーフィン加速中の電子の軌道
（球）
を表す。
（中段左）
衝撃波近傍の強い乱流磁場（色）によって散乱されながら波面に沿って横滑り（ドリフト）する電子の運動の様子。
Matsumoto et. al. PRL 2017より改編。
（下段）
それぞれの加速メカニズムに対応するイメージ図。

今後の展望

統計的加速の 2 段階を経ることがわかりました。前者は超大規模数値実験が故、これまでは限られた条件下で波に捕捉されながら加速される様子からサーフィン加速しか加速メカニズムの性質を探ることができませんでと呼ばれ、後者は衝撃波面を横滑りしながら加速するドした。冷たいプラズマから宇宙線に変貌する粒子の割リフト加速と呼ばれます。

合はどれくらいか？ などの加速効率の問題が残されて衝撃波面近傍で卓越する強い乱流磁場によってドリいます。それらを明らかにするためには、今回と同様のフト運動中の電子は散乱され、多くの粒子が下流へ流さ大規模な実験を複数回繰り返す必要があります。また長れる間も上流側に留まり、加速し続ける粒子が存在する時間計算を実施することで、宇宙線ができる様子まで再ことが明らかになりました。この強い乱流磁場によって現できるかもしれません。

高エネルギー粒子を衝撃波面近傍の加速領域に長時間閉いずれにしても、解析するデータがペタバイトクラスじ込めることが可能であることから、本成果は冷たいプとなるため粘り強く研究に取り組む必要がありますが、ラズマと宇宙線粒子をつなげる有望な加速メカニズムとその先には宇宙線の起源を明らかにすることができるとして期待されます。

期待されます。

[1] "Electron surfing and drift accelerations in a Weibeldominated high-Mach-number shock", Y. Matsumoto etal., Phys. Rev. Lett. 119, 105101（2017)＊1 衝撃波 ＝ 物体が進む速さが音速を超える場合に生じる強く圧縮されたガスの構造。

＊2 ペタバイト ＝ データ力やコンピュータの記憶装置の大きさを表す単位。 1ペタバイト＝約1125兆バイト。

＊3 コヒーレント ＝ 波動が互いに干渉し合う性質を持つさま。

Special Report

所 属の研究室した！
聞きまに生学

ハドロン宇宙国際研究センターってどんなところ？

現在、ハドロン宇宙国際研究センター（ICEHAP）では、14名の日本人学生と3名の留学生が教員や特任研究員らと共に研究に取り組んでいます。
研究室に所属する学生は、研究室でどのように過ごしているのでしょう？
今回は、当センターのニュートリノ天文学部門（吉田 滋研究室）に所属する修士課程2年の久留須賢太郎君に学生の視点から、当センターを紹介してもらいました！
学生から見た研究室
吉田研究室では現在、教員が4人、研究員が3人、そして学生が５人います。研究員や学生は
IceCube 光観 測実 験や ARA 電波 観 測実 験といった大きなプロジェクトの枠組みの中で、テーマを定め研究に取り組んでいます。学生も修士課程になるとResearch Assistant（ 研究助手）として採用され、学びながら毎月給与ももらうことが出来、毎日責任をもって研究をしています。
私は、“ARA 実験で使用する電波アンテナ性能の最適化 ” をテーマに研究をおこなっています。その研究もおおかた終わりが見え、現在は修士論文としてまとめているところです。
そういった一介の学生の研究が大きな国際プロジェクトに組み込まれて、南極でニュートリノを待ち続ける助けになっているというのは、ロマンがありワクワクします！！

国際色豊かな研究室
吉田研究室は海外からの研究員や留学生がいる国際色豊かな研究室です。そのため、メンバーへの連絡や日常の会話は英語を用いています。また、作業中も英語でコミュニケーションをとり、国際電話会議などで英語のプレゼンテーションをする事もあります。研究室に入りたての頃は英語に慣れず、会話もアタフタしていてプレゼン等では原稿を用意したりと、とても苦労していました。しかし１年２年と研究室で過ごすに連れて、だんだんと英語に馴染むことができました。やはり経験は力ですね。
また ICEHAP では、世界各国から千葉大学へ研究者を招待し、セミナーを行っています。
IceCubeプロジェクトには49カ国の研究機関が参加し、多くの優秀な研究者と共に未知の物理現象に向かって突き進んでいく様を感じることができ、自分もその一員として物理に貢献できている事を誇りに思います。

進 路（ 就 職 活 動 ）に つ い て大学院を卒業した後は、そのまま研究の世界に飛び込む人もいれば他分野の企業への就職という道を選ぶ人もいます。就職先としては企業の研究開発職以外にも、プログラマーや金融機関等に就職した先輩たちもいました。私の場合、とある企業の研究開発職に内定をいただくことができました。
私が就職活動においてもっとも強みになったと思うことは、やはりこの国際色豊かな研究室での経験だと思います。常日頃から、英語に触れ続けていた経験はとても貴重でした。他にも最先端の国際研究プロジェクトに関われた事は、私に大きな自信を与えてくれました。このような研究室での経験は、就職活動の為だけではなく、自分自身の人生経験としても役に立つものだと思います。

休日はYouTubeを見たり、SNSで知り合った共通の趣味持つ友人と会って遊んだりしています。

久 留 須 君の 平 均的な 1日
起床

通学

大学到着

7:00

8:00

9:00

朝ごはん
（大体昨日の夜ごはんの残り）

電車で爆睡

11:30
研究（シミュレーショ
ンを行ったり、実験データの解析をしたり）

13:00
昼ごはん
（学食や駅付近で外食）
兼昼休み

下校

帰宅

入浴

就寝

18:00

19:00

21:00

23:00

研究やミーティング（英語での報告発表。
準備万端）

電車で電子小説とかゲームとか夜ご飯（好きなメニューは「お刺身」）

YouTube鑑賞（最近はVirtualYouTuberにはまってる）

What's New

ICEHAPよりお知らせ
ハドロン宇宙国際研究センターより申請した下記の文部科学省科学研究費が採択されました。
・「IceCube-Gen2実験で拓く高エネルギーニュートリノ天文学の新展開」（特別推進研究・研究代表吉田滋）

・「宇宙ニュートリノによる標準模型を超えた物理の探索」（新学術領域計画研究・研究代表石原安野）

IceCube 実験をアップグレードし、ニュートリノ科学のフロンティアを更に広げていく５年計画プロジェクトとして、本年度から研究活動を展開します。

アイスキューブ 4 コマ漫画
『ひっぐすたん』
連載開始決定 !!
素粒子やアイスキューブ実験を含む素粒子観測実験を可愛らしいイラストで紹介している、『HiggsTan（ひっぐすたん）』というWebサイトをご存じですか？ そのサイトの管理人である秋本祐希さんの4コマ漫画の連載が、この ICEHAPニュースにて次号より開始されます。連載開始を記念して、秋本さんとマンガに登場するキャラクターをご紹介します。

最 近 の主な論文

管理人

秋本祐希

東京大学理学研究科で博士号（専門は素粒子実験）を取得後、その知識を生かして素粒子関係の講演や、執筆、そしてイラストのデザインなどをしている。著書には、『4コマでまるわかり！素粒子実験の世界』や、『宇宙までまるわかり！素粒子の世界』がある。サイトHiggsTan（ひっぐすたん
higgstan.com）では、素粒子にまつわるかわいいイラストの4コマ漫画を公開。

本センターのメンバーが発表した主要な論文です
・IceCube Collaboration; A. Ishihara, L. Lu, Y. Makino,
K. Mase, A. Stößl, S. Yoshida, et al. ; Differential
Limit on the Extremely-High-Energy Cosmic
Neutrino Flux in the Presence of Astrophysical
Background from Nine Years of IceCube Data,
Physical Review, D98, 062003, DOI: 10.1103/
PhysRevD.98.062003 (2018)
・Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC,H.E.S.S, INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn,
Liverpool telescope, Subaru, Swift/NuSTAR,
VERITAS, and VLA/17B-403 teams ,IceCube
Collaboration; A. Ishihara, T. Kuwabara, L. Lu,K. Mase, M. Relich, A. Stößl, S. Yoshida, et al. ;Multimessenger observations of a flaring blazar
coincident with high-energy neutrino IceCube170922A, Science, Vol.361, eaat1378; DOI: 10.1126/science.aat1378 (2018)
・IceCube Collaboration; A. Ishihara, T. Kuwabara, L.
Lu, K. Mase, M. Relich, A. Stößl, S. Yoshida, et al. ;Neutrino emission from the direction of the blazar
TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert,Science, Vol.361, 147-151; DOI: 10.1126/science.
aat2890 (2018)
・Makoto Takamoto, Yosuke Matsumoto, TsunehikoN. Kato, Magnetic Field Saturation of the Ion Weibel
Instability in Interpenetrating Relativistic Plasmas,
Astrophys. J. Lett., 860; DOI: 10.3847/2041-8213/
aac6d6 (2018)
・O. Benomar, M. Bazot, M. B. Nielsen, L. Gizon,
T. Sekii, M. Takata, H. Hotta, S. Hanasoge, K.
R. Sreenivasan, J. Christensen-Dalsgaard,
Asteroseismic detection of latitudinal differential
rotation in 13 Sun-like stars, Science, Vol. 361, Issue
6408, 1231-1234; DOI: 10.1126/science.aao6571(2018)
・Nagisa Hiroshima, Shin’ichiro Ando, TomoakiIshiyama, Modeling evolution of dark matter
substructure and annihilation boost, PhysicalReview D, Volume 97, Issue 12, id.123002, DOI:
10.1103/PhysRevD.97.123002 (2018)

ひっぐすたんのキャラクター

アイスキューブさん

アイスキューブ観測実験施設をかわいく擬人化。南極点ならではのあったかファッションもお似合い。

ニュートリノ（電子、ミュー、タウ）

遠いかなたから宇宙を旅して飛んでくるニュートリノたち。旅人風に笠とマントをまとっています。

チェレンコフ光

ニュートリノが氷を通過するときに原子核や電子とぶつかり発生するチェレンコフ光。アイスキューブは、検出器でこの光を捕えます。

次回からの連載をお楽しみに！

Information

01 文科 省での共同説明会

最近の南極2018年7月13日に発表されたニュートリノ放射源天体同定について、7月22日に文部科学省記者会見室にて MAGIC、可視観測、Fermi、そしてアイスキューブの4つの観測チームによる共同説明会を行いました。史上初のこの発見に、多くの注目が集まりました。会見の様子は、YouTube にてご覧いただけます。▶▶▶

アイスキューブ観測施設では、今年度の Winter Over（越冬）メンバーの交代がありました。
昨年度の越冬メンバーのRaffaelaとJohannesに代わり、Kathrin と Benjamin が約1年南極点にとどまり、観測施設や機械などのメンテナンス作業を行います。写真は、新旧メンバーの4人が観測施設前の雪山で遊ぶ様子です。

02 春の天文学会開催
2018年3月14日～ 17日に、日本天文学会2018年春季年会を開催しました。プラズマ部門
メンバーが開催地組織委員会として、年会の運営を担当しました。また、3月18日には千葉市科学館の協力により、プラネタリウムを会場とする公開講演会を行ないました。

ポスター発表会場

南極点
なうプラネタリウムにて講演を行う吉田 滋教授

03 SUMMER SEMINAR
ただ今、当センター所属のLu特任研究員が南極点に出向中。
滞在の様子は、次回のニュースレターでお知らせします。お楽しみに！

2018年8月20日～ 24日に、宇宙磁気流体・プラズマシミュレーションサマーセミナー[SS2018] が千葉大学内にて開催されました。

04

番外編 留NEW MEMBERS!

学生紹介

最近のセンター長

ICEHAP のメンバー に 加 わった 留 学 生の2人をご紹 介します

Kosovo 出身

Ecuador 出身Arbër Lladrovci

Stephany Vargas（松 元 研）（吉田 研）

日本を好きになったきっかけ
は、村上春樹の小説。電磁流体力学シミュレーションの研究に興味があり、千葉大学へ来たそうです。
I feel like to the Universe
I'm the same kid who looked
up to the sky and wanted tofigure out the mesmerizing
puzzle in front of him.
Now I'm focused in understanding the astrophysics ofsupermassive black holes, which, I believe points outto the exciting possibility of explaining the origin ofgalaxies.
Japan is building bridges, bringing together people ofdifferent cultures, while sharing its own cultural identityand by doing so, it sets up an example so much needed
for the modern world we live in.

千葉大学の質の高い教育を学び、将来エクアドルの科学的発展に貢献するのが夢だそうです。
After pursuing a degreein physics at the National
Polytechnic School,
I became extremely interested in expanding myknowledge in the fascinating fields of astronomy andparticle physics.
My inclusion in this project marks a milestone neverseen before, as I will be the first female Ecuadorianscientist to participate in this collaboration. After starting
this adventure, the feeling is indescribable, a mixture ofpride, fear, charm and joy, to start with the resolution togive my best effort to leave the name of both countries
and meet the expectations of all participants.

Arbër Lladrovci

Stephany Vargas

泳いでも、泳いでも、G 変わらざること山のごとし(字余り)Twitter もはじめました
＠ICEHAP1
詳しくはコチラから ▶▶▶

ICEHAPニュース・バックナンバー

これまでに発行されたニュースレターは、当センター HPにてご覧いただけます。▶▶▶

千葉大学大学院理学研究院附属 ハドロン宇宙国際研究センター
International Center for Hadron Astrophysics, Graduate School of Science, Chiba University

International Centerfor Hadron Astrophysics

9Jan. 2019 no.

Facebook やってます！
詳しくはコチラから▶▶▶

www.facebook.com/ICEHAP.Chiba.Univ〒263-8522 千葉市稲毛区弥生町1-33
URL http://www.icehap.chiba-u.jp
icehap@ml.chiba-u.jp

発行：2019年1月15日／発行人：吉田 滋・石原 安野／編集：高橋 恵（ICEHAP）
・石川 順一
デザイン：荒木 未来／校正：片岡 聡（Haruniresha.Inc）© ICEHAP. All Rights Reserved. 本誌掲載の写真・図版・記事等の無断複写・転載を禁じます