南極氷床下で宇宙線を検出(Deep in the ice, Antarctic detectors pick up incoming cosmic rays from outer space)

20206-05-06 シカゴ大学(Chicago)

米シカゴ大学の研究チームは、南極氷床深部に設置した「Askaryan Radio Array(ARA)」検出器を用いて、宇宙線が氷中で生じさせる粒子シャワーの観測に成功した。研究では、南極点近くの氷中600フィート以上の深さに埋設された高感度電波センサーが、宇宙空間から飛来する高エネルギー宇宙線に伴う電波信号を検出した。解析の結果、13件のイベントが確認され、氷内部で形成される粒子シャワーを直接捉えた初の事例となった。ARAは本来、極めて希少な高エネルギーニュートリノ探索を目的として建設されたが、新たな解析手法により宇宙線研究にも有効であることが示された。宇宙線が地球大気や氷中原子と衝突すると二次粒子群が生成され、その際に発生する電波を利用して検出する。本成果は、宇宙線やニュートリノの起源、超新星やブラックホールなど極限宇宙現象の理解につながると期待されている。

南極氷床下で宇宙線を検出(Deep in the ice, Antarctic detectors pick up incoming cosmic rays from outer space)
Scientists at work installing cables and electronic components for the Askaryan Radio Array, a detector for incoming cosmic particles located at the South Pole.Image credit: ARA Collaboration / NSF / Jeffrey Donenfeld

<関連情報>

高エネルギー宇宙線による氷内アスカリアン放射の観測 Observation of In-Ice Askaryan Radiation from High-Energy Cosmic Rays

N. Alden, S. Ali, P. Allison, S. Archambault, J. J. Beatty, D. Z. Besson, A. Bishop, P. Chen, Y. C. Chen et al. (ARA Collaboration)
Physical Review Letters  Published: 17 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/xwqy-yzrk

Abstract

We present the first experimental evidence for in-ice Askaryan radiation—coherent charge-excess radio emission—from high-energy particle cascades developing in the Antarctic ice sheet. In 208 days of data recorded with the phased array instrument of the Askaryan Radio Array, a previous analysis has incidentally identified 13 events with impulsive radio frequency signals originating from below the ice surface. We here present a detailed reanalysis of these events. The observed event rate, radiation arrival directions, signal shape, spectral content, and electric field polarization are consistent with in-ice Askaryan radiation from cosmic ray air shower cores impacting the ice sheet. For the brightest events, the angular radiation pattern favors an extended cascadelike emitter over a pointlike source. An origin from the geomagnetic separation of charges in cosmic ray air showers is disfavored by the arrival directions and polarization. Considering the arrival angles, timing properties, and impulsive nature of the passing events, the event rate is inconsistent with the estimation of the combined background from thermal noise events and on-surface events at the level of 5.1⁢.

1702地球物理及び地球化学
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