超高エネルギーガンマ線天文台 CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory)
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CTAO-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。
超高エネルギーガンマ線天文台CTAの大口径望遠鏡LST2-4号機のカメラに用いる光検出器モジュールの組み立てやクオリティーチェックの作業を行う大学院生の野上さん。 場所はスペイン領カナリア諸島テネリフェ島で、望遠鏡が建設されるラ・パルマ島の隣の島。
（左）クオリティーチェック測定のためのモジュールをラックに挿しているところ。
（右）クオリティーチェック測定済みのモジュールを輸送用ラックに収納して、輸送時の振動でモジュールが動かないようにねじ止めをしているところ。
関連リンク
CTAO-Japan Web Page
Fermi衛星によるGeVガンマ線観測
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
関連リンク
日本フェルミ衛星グループ HP
ガンマ線検出器の開発（γI ガンマアイ）
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、北里大、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の開発などを行ってきました。
以下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。
We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient
environment. Experiments were conducted by using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray
imaging Compton camera. In the laboratory, the position of a sub-MeV gamma radiation source such as
137Cs can easily be monitored via omnidirectional gamma-ray.
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、原木シイタケ栽培用の立木・原木を選定するための非破壊検査装置など、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。
関連リンク
ガンマアイ Web Page
SOI半導体検出器を用いた電子飛跡検出型コンプトンカメラの開発
105～106 eV のsub-MeVガンマ線は、超新星爆発における元素合成メカニズムの解明、銀河中心で観測される511
keVガンマ線の起源の探究、さらには暗黒物質探索など、高エネルギー宇宙における重要な情報をもたらします。そのため、このエネルギー領域の観測は高エネルギー天文学における重要な研究課題となっています。
しかし、sub-MeV領域では、高エネルギーガンマ線や宇宙線が検出器や周辺構造物と相互作用して生じるガンマ線が大きなバックグラウンドとなるため、高感度な観測が十分に実現されていません。そのため、このエネルギー領域は宇宙ガンマ線観測におけるフロンティアとして位置付けられています。
sub-MeVガンマ線の観測には、コンプトン散乱を利用したコンプトンカメラが有効です。さらに、コンプトン散乱によってガンマ線からエネルギーを受け取った反跳電子の飛跡を測定することで、ガンマ線の到来方向を一意に決定できます。これにより、天体からの信号とバックグラウンドを効率的に識別できるため、高い感度を実現する電子飛跡検出型コンプトンカメラの開発が期待されています。
茨城大学では、反跳電子の飛跡を高精度に測定するため、微細ピクセルを備えたSOI（Silicon-On-Insulator）ピクセル半導体検出器を用いた電子飛跡検出型コンプトンカメラの研究開発を進めています。
上図は、X線天文衛星搭載を目指して開発されたSOIピクセル検出器「XRPIX」を用いたプロトタイプコンプトンカメラによる実証結果です。本システムでは反跳電子の飛跡検出に成功し、その情報を用いてガンマ線の到来方向を再構成できることを実証しました。
現在は、電子飛跡検出型コンプトンカメラに適した新しいSOIピクセル半導体検出器の開発を進めています。
日本フェルミ衛星グループ HP
ガンマ線検出器の開発（γI ガンマアイ）
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、北里大、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の開発などを行ってきました。 以下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。
We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment. Experiments were conducted by using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton camera. In the laboratory, the position of a sub-MeV gamma radiation source such as 137Cs can easily be monitored via omnidirectional gamma-ray.
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、原木シイタケ栽培用の立木・原木を選定するための非破壊検査装置など、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。