No.251
2002.2

ＩＳＡＳニュース　2002.2　No.251　

■どうして大金持ちは生まれるか　　〜粒子加速〜

　ところが，お金と同じで宇宙空間でのエネルギー配分でもごく少数の「大金持ち」がいることが，1910年代の宇宙線(宇宙から超高エネルギーで地球に降り注ぐ原子や電子)の観測でわかっていました。宇宙線のエネルギーは温度に対応づけられるような狭い範囲に収まらず，極めて高いエネルギー 温度に直せばどうやっても考えられないくらいの高温 にまで分布しているのです。そこで，これを生み出す仕組みとして，元々持っているエネルギーを一定確率で何割増しかに増やす宝クジのような仕掛けがあるのではないかと考えられました。当たりを何度も続けて引ければ元のエネルギーはネズミ算式に増えていきますが，そのような確率はとても低いので大金持ちになれるのはごく少数に限られることになります。

　これが，宇宙空間を動く物質に周囲からたくさんの粒子がぶつかり跳ね返ることで結果として起こることに気付いたのがイタリアの物理学者フェルミで，今でもこのような機構を「フェルミ加速」と呼びます。さらにこれを効率よく行う仕組みとして，宇宙空間の衝撃波を跨いで粒子が何度も物質と正面衝突に近い跳ね返りを繰り返す「衝撃波加速」が考案されました。これらの加速では宝クジの配当金は個々の粒子のエネルギーではなく物質の速度差から供給されます。

　衝撃波加速は「大金持ち」を説明する理論としてとてもよくできていました。しかし理論は，正しいことが検証されなければ意味を持ちません。それには，実際に加速が行なわれている現場を押えるのが一番です。加速のエネルギー源としてはどうやら超新星爆発のエネルギーがちょうどよさそうだということは早くからわかっており，高エネルギー粒子に伴うと考えられる電波の観測からたくさんの超新星残骸が発見されてきました。しかし，これらの電波は「小金持ち」が期待できる程度のものでしかありませんでした。「大金持ち」には電波よりは光やX線，ガンマ線が伴うのですが，これは長い間見つかっていなかったのです。この長い期間のうちに，超新星残骸での加速現象は観測者の意識からは徐々に薄れていきました。

　この状況を変えたのが「あすか」です。これまでに無かった広範囲なエネルギーに対する感度と分解能，撮像能力の組み合わせにより「大金持ち」からのX線をとらえることに成功したのです。とはいえ，これらの組み合わせは意図的に設計された訳ではありませんでした。色々なものを見たい，細かい現象を見たいという執念に突き動かされた開発が様々な装置の性能を別個に発展させ，それらを組み合わせることで結果的にもたらされたものなのです。

　これにより，長年に渡って停滞していた「大金持ち」の起源の解明に向けての研究がまた活発に始められました。今では超高エネルギーガンマ線領域でもさらに突っ込んだ研究が行なわれ，まだ説明のついていない「超大金持ち」の起源を探るべく，より広大な銀河団を舞台とした加速の研究が始められています。

　「あすか」による超新星残骸での「大金持ち」の発見は，突き詰めることの重要さと大きな発見が意図したことからのみ生じる訳ではないことを示す一つの例とも言えるでしょう。

(尾崎正伸)　

図35：超新星残骸中の粒子は熱的なエネルギー分布を持つ成分の他に非常に高いエネルギーまで伸びる非熱的な成分が存在します。左図はこれを模式的に示したもので，従来はX線観測による熱的成分と電波観測による「小金持ち」の非熱的成分しか知られていませんでした。右図は「あすか」による超新星残骸SN 1006の観測結果で，右上がX線写真(一辺がおよそ100光年)，右下がX線スペクトルです。ずっとエネルギーの高い「大金持ち」成分が熱的成分と同居していることが初めて確認されました。