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銀河宇宙線の加速の謎に土星探査機のデータで迫る
【2013年2月21日 JAXA宇宙科学研究所／NASA】
宇宙線を生み出すとされる超新星爆発の衝撃波による粒子の加速。それによく似た過程が「身近な宇宙空間」である太陽系の土星で直接観測され、磁場との意外な関係が明らかになった。
土星の磁気圏（グレー）に生じた衝撃波（青）を観測する土星探査機カッシーニ（イメージ図）。クリックで拡大（提供：ESA - C. Carreau ）
磁場と衝撃波の向きが準平行な状態（上）と準垂直な状態（下）。クリックで拡大（提供：ESA）
宇宙を飛び交い、大気層を貫いて地表にも降り注ぐ宇宙線（高エネルギー粒子）は、宇宙空間のガス中の強い衝撃波による加速（「フェルミ加速」と呼ばれる）で生み出されているというのが有力な説だ。この衝撃波は、重い星の一生の最期に起こる超新星爆発で発生すると考えられている。
衝撃波は超音速の衝突が起こると発生するが、宇宙空間のガスは電離状態にあり、磁場の効果がきわめて重要であるという点が、私たちの身の回りで起こる衝撃波と異なる。宇宙線が加速されるメカニズムの解明のためには、電離ガスに満たされた宇宙空間での実際の測定データに基づいて、磁場の効果を把握することが必要だ。
「身近な宇宙空間」である太陽系では、超新星残骸における強い衝撃波を知るうえで参考になるほどの衝撃波をなかなか観測することができなかったが、土星を周回するNASAの探査機「カッシーニ」が2007年2月、太陽風（太陽からの粒子の流れ）が土星の磁気圏に衝突して生じた強い衝撃波が粒子を加速させる現場をとらえることに成功した。
Adam Masterさん（JAXA宇宙科学研究所）らの研究によりこの観測から得られた結果は、これまでの考えを覆すものだった。衝撃波が発生した時の磁場の状態は「衝撃波にともなう粒子の流れと磁力線の向きがほぼ平行」だったのだ（画像2枚目）。
こうした「準平行衝撃波」の場合、流れの向きとしては衝撃波面との作用によるフェルミ加速が起こりやすいのだが、その前段階である「加速を受けるための粒子の状態（ある程度の高エネルギーを得ている）」にはならないので、結局フェルミ加速はありえないと考えられていた。
今回の場合には、強い衝撃波により粒子の条件が整ったために加速が起こったと考えられる。
遠すぎて詳細を知ることのできない超新星残骸での出来事を知るうえで、実際の計測をもとにした重要な成果だ。
