高エネルギーニュートリノ放射天体のガンマ線同定
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年７月１３日発信

日本時間２０１７年９月２３日５時５４分にIceCubeにより検出された高エネルギーニュートリノ事象IceCube-170922Aの方向に、GeVガンマ線で明るくなった天体をフェルミ衛星LAT検出器（注１）が見つけました。同時に、ガンマ線望遠鏡MAGIC（注３）もTeVガンマ線で明るくなっていることを見つけました。この天体は同時に可視光でも明るくなっていることがわかりました。
南極大陸にあるIceCubeは、宇宙からの高エネルギーニュートリノ（注２参照）を捉える世界最大の検出器であり、日本からも千葉大学が大きく関わっています。現代宇宙物理学の問題と１つとして超高エネルギー宇宙線の起源がありますが、高エネルギーニュートリノは、超高エネルギー宇宙線の起源解明の突破口として期待されています。2012年の稼動以来、宇宙からの高エネルギーニュートリノの検出を続けていますが、放射天体の特定には至っていません。そのためには、高エネルギーニュートリノと同じ方向に電磁波で光る特異な天体を探すことになります。高エネルギーニュートリノイベントは、ある時突然やってくるので、広い視野を持ったフェルミ衛星LAT検出器は、重力波対応天体の探査とともに、マルチメッセンジャー天文学に対して大きな役割を果たすと期待されていました。さらに、全天のガンマ線をこれまで１０年以上にわたってモニターし続けているので、急に明るさが変わっているガンマ線天体を見つけることが可能です。
今回の高エネルギーニュートリノ事象IceCube-170922Aは、千葉大学とともに広島大学の田中康之特任助教らのチームが広島大学かなた望遠鏡などにより可視光で同じ方向に明るくなっている天体TXS0506+056を見つけ、続けてフェルミ衛星のデータを解析することによって、ガンマ線でもTXS0506+056が明るくなっていることを見つけました。その後、世界の国際フェルミ衛星チームのメンバーとともガンマ線データの詳しい解析がなされました。特に、田中氏および千葉大学の林田将明研究員（現在、甲南大学）は大きな役割を果たしました。今回報告された高エネルギーニュートリノ事象の方向・時間とブレーザー天体TXS0506+056の相関が偶然に起こる頻度は、10万回の観測で数回あるかどうかというレベルでした。TXS0506+056のようなブレーザー天体は、銀河の中心に潜む巨大質量ブラックホールの近傍から宇宙ジェットが出ており、それをほぼ正面から見ているものと考えられているため、ジェットが高エネルギーニュートリノと関係している可能性が示唆されます。今後もフェルミ衛星は、高エネルギーニュートリノの放射天体の同定に大きな役割を果たしていくことでしょう。
本成果は、米国サイエンス誌に発表されました。なお、IceCubeチームにより、関連する論文が同時にサイエンス誌から発表されています。
フェルミ衛星LAT検出器は、日本が開発に大きく貢献したものであり、打ち上げ後もデータモニター、突発天体監視、データ解析などで貢献を続けています。

サイエンス論文
 IceCubeプレスリリース
 NASAプレスリリース
 千葉大学プレスリリース
 広島大学宇宙科学センター記事（かなた望遠鏡など）
日本MAGICチーム記事

(注1) フェルミ衛星にはLAT検出器とGBM検出器という2種類の検出器が搭載され、独立のチームによってデータ解析・成果発表が行われています。日本フェルミ衛星グループはLATチームに所属します。LAT検出器が捉えるGeVガンマ線は、数10億電子ボルトという高いエネルギーを持ったガンマ線です。

（注2）ニュートリノ観測といえば、大気ニュートリノ、太陽ニュートリノ、超新星SN1987Aからのニュートリノが知られていますが、高エネルギーニュートリノは、これらのニュートリノよりは格段にエネルギーが高いものを指し、これらとは検出方法も異なります。ニュートリノは宇宙線と異なり、宇宙磁場で曲げられないため、超高エネルギー宇宙線起源天体の同定に有効と言われています。超高エネルギー宇宙線のもつエネルギーは、注３で述べるTeVガンマ線のエネルギーよりも、さらに高いです。

（注３）MAGIC望遠鏡は、TeVガンマ線を地上で捉える装置で、日本からも参加しています。TeVガンマ線は数兆電子ボルトという、GeVガンマ線よりもさらに高いエネルギーを持つガンマ線です。スペイン・カナリア諸島ラ・パルマ島に設置されています。

以下の図は、プレプリントより抜粋。

ブレーザー天体TXS0506+056周辺のガンマ線強度分布。赤と白の閉じた曲線は、IceCubeによるニュートリノ発生位置の誤差範囲を表す。。茶色の印は最初の速報によるニュートリノの位置で、緑色の印は詳細解析を反映させた速報が示した位置。

ブレーザー天体TXS0506+056の明るさの時間変化（左：２００８年８月から２０１７年９月６日、右：２０１７年の９月６日から１０月２４日）。上から２番目がフェルミ衛星によるGeVガンマ線のデータ。2017年春から急に明るくなっていることがわかる。縦の波線は、IceCube-170922Aの検出時刻を示す。他は、上から、MAGIC TeV ガンマ線、フェルミ衛星 GeVガンマ線、Swift衛星Ｘ線、Swift衛星 X線のスペクトル指数、可視光（かなた望遠鏡、木曽観測所も含む）、電波。