研究活動

私達の研究室では、宇宙物理学・天文学から宇宙線物理学、素粒子物理学にわたる幅広い領域において観測的及び実験的研究を行っています。 各研究室の現在の主な研究内容は以下のとおりです。

西嶋 研究室

櫛田 研究室

河内 研究室

  • 高エネルギー天体の多波長観測研究:X線・ガンマ線観測衛星、
    南アフリカIRSF天文台野辺山電波天文台ALMA観測所等を利用し、
    興味のある天体の多角的な観測を行なっています。
    また、流体シミュレーションを基礎にした連星系の研究を進めています。


超高エネルギーガンマ線観測

地上大気チェレンコフ望遠鏡技術の進歩により、超高エネルギーガンマ線天文学という新しい分野が驚くべき勢いで確立されつつある。我々は、100GeVを越える超高エネルギーガンマ線を観測することにより、活動銀河核、パルサー星雲、超新星残骸などで生起する様々な高エネルギー天体現象を理解するとともに、宇宙線の起源の謎を解明することを目指している。 The MAGIC(Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope)Collaborationは、ドイツ、スペイン、イタリア、スイス、日本等8カ国21研究機関200名以上からなる国際共同研究チームで、世界最大(口径17 m)の大気チェレンコフ望遠鏡2台を使用し、世界最高感度で、銀河系内の宇宙線の起源とされる超新星残骸をはじめ様々な高エネルギー 天体や、銀河系外の宇宙最大のブラックホールである活動銀河核(AGN)などを超高エネルギーガンマ線で観測し、宇宙における粒子加速をはじめとする高エネルギー現象の解明を目指している。当研究グループからは、 西嶋櫛田小谷が、 MAGIC Japan(Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope)メンバーの一員として参加し、特に活動銀河核を中心とした銀河系外天体からのガンマ線の観測により、ブラックホール近傍ジェットの構造とそこからの放射機構、矮小楕円銀河や超銀河団のダークマター探索、スターバースト銀河における宇宙線の加速と閉じ込め、などの解明を目指している。 一方、超高エネルギーガンマ線天文学の研究をさらに発展させるために、欧米日など世界25カ国から800人以上が参加して、究極の大気チェレンコフ望遠鏡システムの 将来計画CTA (Cherenkov Telescope Array) プロジェクトが進んでいる。 当研究グループから 西嶋櫛田小谷斎藤井川辻本梅津友野平井が、 CTA-Japanの一員としてMonteCarloおよびFocal Plane Instrumentationワーキングパッケージに参加している。 特に将来のカメラ素子としてのMPPCの応用をにらんだ基礎的な開発研究や医療用ガンマ線カメラとしての応用を,西嶋櫛田小谷高野 によって進めている。 今後、TeVガンマ線だけでなくGeVガンマ線やX線、電波なども含めた多波長観測により、粒子の加速機構や宇宙線の起源など宇宙における高エネルギー現象の解明が期待されている。

ダークマターの直接探索

ダークマターの存在の証拠は渦巻銀河の回転曲線や重力レンズ効果により得られており、 WMAPの観測から宇宙の物質の23 % がダークマターであることがわかった。 このダークマターを直接検出することが、現在、宇宙物理学上の最重要課題のひとつである。 我々が参加している XMASS実験は、 この未知のダークマターを直接検出することを目的に、日韓12の大学・研究機関の共同研究プロジェクトとしてスタートした。 検出器は液体キセノン800 kgからなり、ダークマターとキセノン原子核の弾性散乱による発光を直接捕らえようというものである。 バックグラウンドを避けるため岐阜県の東京大学宇宙線研究所 神岡宇宙素粒子研究施設の地下施設内に設置され、2010年秋には試運転を開始し、現在は解析を進めているところである。 本研究グループは、特に超低バックグラウンドPMTの開発やMCによる検出器デザインの最適化、キセノン中のラドン除去システムの開発等に多大な貢献をしてきた。現在、西嶋が参加している。 検出感度はこれまでのダークマター検出器に比べて数十倍よく、もし検出できれば宇宙の構造形成や進化、素粒子の理論に大きな進展をもたらすことは間違いない。

ニュートリノ実験

我々の研究室では、西嶋が 日米共同のスーパーカミオカンデ プロジェクトの当初からのメンバーとして研究を続けてきた。 ご存知のようにスーパーカミオカンデは、 それまでゼロと考えられていたニュートリノの質量がゼロでない証拠を、大気ニュートリノ及び太陽ニュートリノの観測において ニュートリノ振動という現象を捕らえることにより世界で始めて示すことに成功した。 また、スーパーカミオカンデの前身、 カミオカンデによる超新星ニュートリノ検出の業績により、小柴昌俊元東海大学教授 (東京大学特別栄誉教授)が2002年度のノーベル物理学賞を受賞されたのはまだ記憶に新しい。 本研究室でも、低エネルギーニュートリノグループのメンバーとして太陽ニュートリノの研究に貢献した他、 宇宙における突発現象(太陽フレアーやガンマ線バースト)に伴うニュートリノ事象やモノポール探索、銀河面からの低エネルギーニュートリノ探索なども行ってきた。