宇宙線ヒット時の低周波電波空。画像クレジット：MPIFR。拡大するにはクリックしてください。
LOPES実験を使用して、Max-Planck-GesellschaftとHelmholtz-Gemeinschaftの協力により、宇宙物理学者のグループである超高エネルギー宇宙線粒子を検出する新しいハイテク電波望遠鏡LOFARのプロトタイプが、最も明るく最速で記録されました今まで空で見られた無線爆風。今週のネイチャー誌の今週号でその発見が報告されている爆風は、太陽よりも1000倍以上明るく、通常の稲妻より100万倍も速く見える劇的な閃光です。非常に短い間、これまでほとんど気付かれなかったこれらの閃光は、月の2倍の直径の空で最も明るい光になります。
実験は、宇宙で生成された最もエネルギーの高い粒子の影響によって引き起こされた、地球の大気中でラジオフラッシュが生成されることを示しました。これらの粒子は超高エネルギー宇宙線と呼ばれ、その起源は進行中のパズルです。天体物理学者たちは今、彼らの発見がこれらの粒子の謎に新たな光を当てることを望んでいます。
科学者たちは、Forschungszentrum KarlsruheでのKASCADE-Grande実験の一連の無線アンテナと多数の粒子検出器を使用しました。彼らは、非常にエネルギッシュな宇宙粒子が地球の大気にぶつかるたびに、対応する電波パルスが入射粒子の方向から記録されることを示しました。ラジオ天文学のイメージング技術を使用して、これらのイベントのデジタルフィルムシーケンスを作成し、ラジオ天文学でこれまでにない最速の映画を制作しました。粒子検出器は、入ってくる宇宙線に関する基本的な情報をそれらに提供しました。
研究者たちは、放出された無線信号の強度が宇宙線エネルギーの直接的な尺度であることを示すことができました。 「シンプルなFMラジオアンテナを使用して、宇宙から来る粒子のエネルギーを測定できるのは驚くべきことです」とLOPESコラボレーションのスポークスパーソンであるオランダ天文学研究財団（ASTRON）のHeino Falcke教授は言います。 「敏感なラジオの目があれば、ラジオの閃光で空が輝いているのが見えるでしょう」と彼は付け加えます。
科学者たちは、通常のFMラジオ受信機で使用されているものと同様のアンテナのペアを使用しました。 「通常のラジオとの主な違いは、デジタルエレクトロニクスと広帯域レシーバーです。これにより、多くの周波数を一度に聞くことができます」とDipl氏は説明します。 Phys。ボン大学とインターナショナルマックスプランクリサーチスクール（IMPRS）の大学院生であるAndreas Hornefferは、PhDプロジェクトの一環としてアンテナを設置しました。
原則として、検出されたラジオフラッシュの一部は、実際には、従来のラジオやテレビの受信を短時間で消去するのに十分なほど強力です。この効果を実証するために、グループは宇宙線イベントの無線受信をサウンドトラックに変換しました（以下を参照）。ただし、フラッシュは約20〜30ナノ秒しか持続せず、明るい信号は1日に1回しか発生しないため、日常生活ではほとんど認識できません。
実験はまた、電波放射が地球の磁場の向きに対して強度が変化することを示しました。この結果やその他の結果は、ファルケ教授と彼の元博士課程の学生であるティムヒューゲによる理論計算、およびハワイ大学のピーターゴーハム教授の計算によって行われた基本的な予測を検証しました。
宇宙線粒子は絶えず地球に衝突し、物質のビームを形成する素粒子と大気中を駆け巡る反物質粒子の小さな爆発を引き起こします。このビーム内の最も軽い荷電粒子、電子、陽電子は、地球の地磁気フィールドによって偏向され、それらが電波放射を放出します。このタイプの放射線は地球上の粒子加速器でよく知られており、シンクロトロン放射線と呼ばれています。類推して、天体物理学者たちは現在、地球磁場との相互作用による「ジオシンクロトロン」放射について語っています。
ラジオの閃光は、ドイツのフォルシュングスツェントルムカールスルーエで行われたKASCADE-Grande宇宙線空気シャワー実験に設置されたLOPESアンテナによって検出されました。 KASCADE-Grandeは、宇宙線を測定するための主要な実験です。 KASCADE-GrandeのスポークスパーソンであるAndreas Haungs博士は、次のように述べています。
電波望遠鏡LOPES（LOFARプロトタイプ実験ステーション）は、世界最大の電波望遠鏡LOFARのプロトタイプアンテナを使用しており、2006年以降にオランダとドイツの一部で建設されます。 LOFARは、空全体からの無線信号を一度に収集する多数の安価な低周波アンテナを組み合わせた、革新的な新しいデザインを備えています。高速インターネットで接続されたスーパーコンピュータは、異常な信号を検出し、機械部品を動かさずに空の興味深い領域の画像を作成する機能を備えています。 「LOPESは、すでに開発フェーズにあるLOFARプロジェクトの最初の主要な科学的結果を達成しました。これにより、LOFARが実際に私たちが望んでいたほど画期的なものになると確信しています。」 LOFARが現在開発されているオランダ、ドウィンゲルーにあるオランダ天文学研究財団（ASTRON）の理事を務めるHarvey Butcher教授は説明します。
「これは確かに珍しい組み合わせであり、核物理学者と電波天文学者が協力して独自の非常に独創的な天体粒子物理学実験を作成します」と、Max-Planck-Institut f？r Radioastronomie（MPIfR）のディレクター、Anton Zensus博士は述べています。ボン。 「それは素粒子物理学における新しい検出メカニズムへの道を開くだけでなく、LOFARや後にスクエアキロメーターアレイ（SKA）などの次世代望遠鏡の息をのむ能力を実証します。さまざまな研究分野での突然の主要な国際実験が結集する」
次のステップとして、天体物理学者は、オランダとドイツで今後発表されるLOFARアレイを電波天文学と宇宙線の研究に使用したいと考えています。アルゼンチンの宇宙線用の無線アンテナをピエールオージェ天文台に統合するための試験が進行中であり、おそらく北半球の2番目のオージェ天文台に設置される可能性があります。 「これは検出技術の大きな進歩かもしれません。ヘルムホルツ協会の宇宙粒子物理学プログラムプログラムディレクターであるヨハネスブレマー教授は、次のように述べています。最高エネルギーの宇宙線の性質を検出および理解し、宇宙からの超高エネルギーニュートリノを検出するためにも、この新しい手法を使用したいと考えています。 Forschungszentrum Karlsruheで。
検出は、フランスのグループによってナンセイのパリ天文台の大型電波望遠鏡を使用して部分的に確認されました。歴史的に、宇宙線からの電波放射に関する研究は、最初の検出の主張とともに、1960年代後半に最初に行われました。しかし、今日の技術では有用な情報を引き出すことができず、作業はすぐに終わりました。主な欠点は、イメージング機能の欠如（現在はソフトウェアで実装されている）、低い時間分解能、および十分に調整された粒子検出器アレイの欠如でした。これらすべては、LOPES実験によって克服されました。
元のソース：MPIニュースリリース
