茨城大学　高エネルギー宇宙物理グループ

Cherenkov Telescope Array (CTA) 計画は、100台近くの解像型大気チェレンコフ望遠鏡を3-10 km²の領域に敷き詰めた大規模な超高エネルギーガンマ線（TeVガンマ線＊）天文台を建設し、既存のチェレンコフ望遠鏡の10倍深い感度を達成し、エネルギー領域を数10 GeVから100 TeV領域（現在稼働中のものは約100 GeV から約10 TeV）までカバーすること（上・左図を参照）を目指す国際共同実験です。現在、銀河系内外に100以上のTeVガンマ線源が発見されていますが、CTAが実現すれば、1000を超える天体が期待できます。また、単に天体数だけでなく、CTA から得られる科学的成果は銀河系内外の様々な高エネルギー天体、宇宙線、可視赤外宇宙背景放射と銀河形成進化、さらには暗黒物質や量子重力理論の検証などの基礎物理にいたるまで、十分に期待されます（詳細はCTA-Japan　Web Page）。現在、本格的な建設を始める前の望遠鏡の開発・建設が急ピッチで進んでいます。その開発を元に、プロトタイプ望遠鏡の建設が始まっており（上・右図）、2025年頃からすべての望遠鏡によるフル観測を行う予定です。日本チームでは、大型鏡を持つMAGIC望遠鏡の開発に携わった日本人メンバーの経験を生かして、CTAの大型望遠鏡LST (Large-Sized Telescope) の開発を集中的に進めています。茨城大学では、その中でも望遠鏡焦点面に用いる光検出器およびその後段に取り付けられるエレクトロニクスの開発、集光率を上げるために光検出器の前に取り付ける光学素子であるライトガイドの開発・評価（下図）、反射鏡を構成する分割鏡の開発等を中心に研究を進めてきました。

　*　1GeV = 1ギガエレクトロンボルト = 10億電子ボルト、1MeV = 1テラエレクトロンボルト = 1兆電子ボルト

現在は、望遠鏡に実際に搭載されるカメラの光検出器モジュールの組み立て・チェック（下図）、建設されたLSTの実データを用いた検出器較正や天体データの解析にも取り組んでいます。

　東日本大震災による福島第一原発の事故により、東日本全域に渡って放射能セシウムを主とする多量の放射性物質が飛散しました。効率的に除染するためには、局所的に放射能レベルの高い場所、いわゆるホットスポットをガンマ線の到来方向が分かる検出器により事前に把握しておくことが重要です。当グループでは、宇宙ガンマ線観測の技術を応用して、東大、北里大、仙台高専、KEKなどと共同で、高感度かつ安価で普及品として量産できる新しい放射線イメージング装置「γI（ガンマアイ）」を開発・製品化しました（上図）。全方向を高感度に撮像することができます。以下は、動画の撮影デモンストレーションです。

この技術を応用して、原発敷地内のような高線量場中で動作するガンマ線カメラ、放射線治療等を行う核医学施設での放射線モニター、原木しいたけ栽培に用いるホダ木に含まれる微量放射能測定器の開発などを行ってきました。以下左の動画は放射線治療等を行う核医学施設での放射線モニターのデモンストレーション（英語；翻訳機能あり）です。

さらに、新コンセプトのシンチレーションファイバーを用いたガンマ線カメラ、SOI半導体素子を用いたガンマ線カメラなど、医療・原子力・農業・宇宙観測分野への応用を目指して開発を進めています。

フェルミ・ガンマ線望遠鏡は日米欧の国際協力により開発されたガンマ線天文衛星です（左図）。 2008年に打ち上げられて以降、高エネルギーガンマ線の波長領域(20MeV～300GeV *)で全天サーベイ観測を続けています。 この衛星には、大面積ガンマ線望遠鏡(LAT)と呼ばれる主観測装置と副装置であるバースト監視装置（GBM）が搭載されています。 その結果、これまでに、パルサー・活動銀河核・ガンマ線バースト・超新星残骸等からのガンマ線を検出し、宇宙の高エネルギー現象を理解するのに重要な観測成果を上げています。 日本グループは、LATチームに参加し、広島大学、ISAS/JAXA、東京工業大学、早稲田大学、東京大学、名古屋大学、京都大学、そして我々茨城大学に所属する研究者が緊密に協力し、データ解析、バースト監視や望遠鏡の較正などに活躍しています。 最近の成果やプレス・リリース等、詳しくは、 日本フェルミ衛星グループのホームページを参照してください。 茨城大学では、超新星残骸（右図）や活動銀河核等の大規模な粒子加速が行われている天体を中心に研究を続けています。

　*　1MeV = 1メガエレクトロンボルト = 100万電子ボルト、1GeV = 1ギガエレクトロンボルト = 10億電子ボルト