国際こくさい宇宙うちゅうステーション搭載とうさいの高こうエネルギー電子でんし・ガンマ線がんません観測かんそく装置そうち（CALET） による測定そくてい

宇宙うちゅう線せん陽子ようしスペクトルの高こう精度せいど直接ちょくせつ観測かんそくに成功せいこう

１０テラ電子でんしボルト領域りょういきでエネルギースペクトル”軟化なんか”を検出けんしゅつ

発表はっぴょうのポイント

国際こくさい宇宙うちゅうステーション搭載とうさいの宇宙うちゅう線せん電子でんし望遠鏡ぼうえんきょう（CALET）が、10テラ電子でんしボルト領域りょういきで銀河ぎんが宇宙うちゅう線せんの主成分しゅせいぶんである陽子ようしのエネルギースペクトル軟化なんかを高こう精度せいどに観測かんそくすることに成功せいこうしました。

これまで、観測かんそくの難むずかしさから実験じっけん間あいだによるばらつきが大おおきかったため、精度せいどが高たかく測定そくていされておらず、スペクトル全体ぜんたいの総合そうごう的てき理解りかいが困難こんなんな状況じょうきょうでした。

広範囲こうはんいでのエネルギー領域りょういきでスペクトル構造こうぞうの高こう精度せいど観測かんそくを達成たっせいしたことは、超新星ちょうしんせい残骸ざんがいでの宇宙うちゅう線せん加速かそく機構きこうや銀河ぎんが内ないでの宇宙うちゅう線せん伝播でんぱ機構きこうの解明かいめいに重要じゅうような貢献こうけんとなると期待きたいされています。

早稲田大学わせだだいがく理工りこう学術がくじゅつ院いん総合そうごう研究所けんきゅうじょ主任しゅにん研究けんきゅう員いん 小林こばやし 兼好けんこう（こばやしかずよし）、早稲田大学わせだだいがく名誉めいよ教授きょうじゅ・CALET代表だいひょう研究けんきゅう者しゃ 鳥居とりい 祥二しょうじ（とりいしょうじ）、シエナ大学だいがく教授きょうじゅ Pier S. Marrocchesi、と宇宙うちゅう航空こうくう研究けんきゅう開発かいはつ機構きこう（JAXA）及および国内こくない他た機関きかん、イタリア、米国べいこくの国際こくさい共同きょうどう研究けんきゅうグループ（以下いか、本ほん研究けんきゅうグループ）は、国際こくさい宇宙うちゅうステーション（ISS）・「きぼう」日本にっぽん実験じっけん棟とうの船ふね外がい実験じっけんプラットフォームに搭載とうさいされた宇宙うちゅう線せん電子でんし望遠鏡ぼうえんきょう（CALET：高こうエネルギー電子でんし・ガンマ線がんません観測かんそく装置そうち）を用もちいて、銀河ぎんが宇宙うちゅう線せんの主成分しゅせいぶんである陽子ようしの10テラ電子でんしボルト領域りょういきで、エネルギースペクトル軟化なんかを高こう精度せいどに観測かんそくしました。

「きぼう」で定常ていじょう観測かんそくを継続けいぞくするCALET^*1は50ギガ電子でんしボルトから60テラ電子でんしボルト^*2の広ひろいエネルギー領域りょういきで、宇宙うちゅう線せん陽子ようしスペクトル^*3、4の高こう精度せいど直接ちょくせつ観測かんそくに成功せいこうしました。これまでに発表はっぴょうしているテラ電子でんしボルト領域りょういきに至いたる漸次ぜんじ的てきな「スペクトル硬化こうか^*5」に続つづいて、さらに60テラ電子でんしボルト領域りょういきまで観測かんそく領域りょういきを拡大かくだいして、「スペクトルの軟化なんか^*6」を新あらたに測定そくていしました。この結果けっかは、これまでのCALETによる宇宙うちゅう線せん諸しょ成分せいぶん（電子でんし、炭素たんそ、水素すいそ、鉄てつ、ニッケルなど）の観測かんそく^*7とともに、銀河ぎんが宇宙うちゅう線せんの加速かそく^*8・伝播でんぱ機構きこうのモデル検証けんしょうのために重要じゅうような情報じょうほうを提供ていきょうするものです。

宇宙うちゅう線せんは約やく100年ねん前まえに発見はっけんされて以来いらい、常つねに物理ぶつり学がくの最先端さいせんたんのテーマでした。様々さまざまな飛翔ひしょう体たいによる観測かんそくの結果けっかを総合そうごうして、「超新星ちょうしんせい残骸ざんがいにおける衝撃波しょうげきはによって加速かそくされ、銀河ぎんが磁場じばによって拡散かくさん的てきに伝播でんぱして銀河ぎんが外がいへ漏もれ出だす」という”標準ひょうじゅんモデル”による理解りかいが進すすんでいます。このモデルでは、地球ちきゅうで観測かんそくされる宇宙うちゅう線せんスペクトルの形状けいじょうは単調たんちょうな冪べき（べき）型がたのスペクトル^*9が予測よそくされます。しかし、近年きんねんの気球ききゅうや人工じんこう衛星えいせい、ISSによる直接ちょくせつ観測かんそくで、この予測よそくに反はんする数すう100ギガ電子でんしボルトにおけるスペクトルの単一たんいつ冪べきからのズレとして、スペクトルの硬化こうかが報告ほうこくされています。これは”標準ひょうじゅんモデル”では理解りかいできない結果けっかであり、宇宙うちゅう線せんの加速かそく・伝播でんぱ機構きこうモデルについてパラダイムシフトの必要ひつよう性せいを示唆しさしており、その解釈かいしゃくをめぐって現在げんざい活発かっぱつな研究けんきゅうが繰くり広ひろげられています。

このたび本ほん研究けんきゅうグループがCALETを用もちいて観測かんそくしたエネルギー領域りょういきは、これまで磁気じきスペクトロメータ（PAMELA、AMS-02）とカロリメータ型がた検出けんしゅつ器き（ATIC、CREAM、NUCLEON、DAMPE）の2種類しゅるいの検出けんしゅつ器きによって別々べつべつにカバーされていました。CALETは宇宙うちゅう空間くうかんから初はじめて、全ぜん領域りょういきを単独たんどくの検出けんしゅつ器きとして観測かんそくすることに成功せいこうしました。これまでの測定そくてい結果けっかでは、気球ききゅうに搭載とうさいされたカロリメータ型がた検出けんしゅつ器きによるテラ電子でんしボルト領域りょういきの観測かんそく結果けっかは、エネルギー決定けっていの難むずかしさもあって比較的ひかくてき大おおきなばらつきを持もっていました。磁気じきスペクトロメータによる約やく1テラ電子でんしボルト以下いかでの高こう精度せいど測定そくていと比較ひかくして、スペクトル全体ぜんたいの総合そうごう的てき理解りかいが困難こんなんな状況じょうきょうであったと言いえます。一方いっぽうで、本ほん研究けんきゅうグループによるCALETの測定そくてい結果けっかは、この積年せきねんの懸案けんあん事項じこうを解決かいけつし、首尾しゅび一貫いっかんした実験じっけん的てき描像を描えがくことを可能かのうにします。信頼しんらい性せいの高たかい宇宙うちゅう線せん陽子ようしスペクトルは、暗黒あんこく物質ぶっしつの間接かんせつ探索たんさくや大気たいきおよび宇宙うちゅうニュートリノ、ガンマ線がんません天文学てんもんがくにも使用しようされる重要じゅうような基礎きそデータでもあります。

本ほん研究けんきゅう成果せいかは国際こくさい学術がくじゅつ雑誌ざっし『Physical Review Letters』オンライン版ばんに2022年ねん9月がつ1日にち（木き）に掲載けいさいされました。また、本ほん論文ろんぶんは同誌どうしのハイライトとして“Editor’s Suggestion”に選えらばれています。

論文ろんぶん名称めいしょう：Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station.

(1) これまでの研究けんきゅうで分わかっていたこと（科学かがく史し的てき・歴史れきし的てきな背景はいけいなど）

近年きんねんの目覚めざましい発展はってんにより明あきらかになってきた、エックス線えっくすせんやガンマ線がんませんを含ふくむ宇宙うちゅうにおける高こうエネルギー放射ほうしゃの最終さいしゅう的てきな理解りかいには、その源みなもととなっている荷電かでん宇宙うちゅう線せんの理解りかいが必須ひっすとなります。これは、電波でんぱや赤あか外がい・可視かし光こう等とうの電磁波でんじはスペクトルが主おもに、黒くろ体たい輻射ふくしゃに代表だいひょうされる熱ねつ的てき放射ほうしゃを観測かんそくしているのに対たいし、冪べき型がたスペクトルによって特徴とくちょうづけられる非ひ熱ねつ的てき放射ほうしゃの背景はいけいには必かならず宇宙うちゅう線せんの加速かそくと伝播でんぱが隠かくされているためです。

地球ちきゅうに降ふり注そそぐ宇宙うちゅう線せん、そのなかでも特とくに銀河ぎんが宇宙うちゅう線せんを観測かんそくするには、大気たいきの希薄きはくな高たかい高度こうどで直接ちょくせつ捉とらえる（直接ちょくせつ観測かんそく）ことが不可欠ふかけつです。そのため、国内外こくないがいで飛翔ひしょう体たいを用もちいた様々さまざまな装置そうちが考案こうあんされ、観測かんそくが実施じっしされてきました。この結果けっか、「超新星ちょうしんせい残骸ざんがいにおける衝撃波しょうげきはによって加速かそくされ、銀河ぎんが磁場じばによって拡散かくさん的てきに伝播でんぱして銀河ぎんが外がいへ漏もれ出だす」という”標準ひょうじゅんモデル”による理解りかいが進すすんでいます。

さらに2000年代ねんだいに入はいってからは、素粒子そりゅうし実験じっけんで開発かいはつされた粒子りゅうし検出けんしゅつ技術ぎじゅつを駆使くしして、南極なんきょく周回しゅうかい気球ききゅうや宇宙うちゅう機きによる高こう精度せいどな観測かんそくが実施じっしされています。その結果けっか、陽子ようしを含ふくむ主要しゅような原子核げんしかく成分せいぶんに対たいして、”標準ひょうじゅんモデル”の予測よそくする単純たんじゅんな冪べき形状けいじょうからのずれ「スペクトル硬化こうか」が示唆しさされています。これは宇宙うちゅう線せんの加速かそくや伝播でんぱ機構きこうに新あらたな仮説かせつを導入どうにゅうした理論りろんモデルの必要ひつよう性せいを示唆しさしており、数すう多おおくの理論りろんモデルが提案ていあんされ、活発かっぱつな議論ぎろんが繰くり広ひろげられています。宇宙うちゅう線せんの主成分しゅせいぶんである陽子ようしやいくつかの原子核げんしかくについては、CALETの観測かんそくでもスペクトルの硬化こうかを既すでに報告ほうこくしており、スペクトル硬化こうかの高こう精度せいど観測かんそくに注目ちゅうもくが集あつまっています。

(2) 今回こんかいの研究けんきゅうで新あらたに実現じつげんしようとしたこと、明あきらかになったこと

陽子ようしは宇宙うちゅう線せんの主成分しゅせいぶんであり、宇宙うちゅうにおける高こうエネルギー放射ほうしゃを理解りかいする鍵かぎとして、最もっとも詳くわしく調しらべられてきました。2010年代ねんだいにはPAMELA衛星えいせいと国際こくさい宇宙うちゅうステーション搭載とうさいAMS-02が共ともに数すう百ひゃくギガ電子でんしボルト領域りょういきにおけるスペクトル硬化こうかを検出けんしゅつしました。高こうエネルギー側がわではカロリメータ型がた検出けんしゅつ器きCREAMやATICなどの気球ききゅう観測かんそく結果けっかがあり、全体ぜんたいとしてスペクトル硬化こうかを示しめしているのですが、観測かんそくの難むずかしさから実験じっけん間あいだによるばらつきが大おおきくなっています。特とくに重要じゅうような高こうエネルギー側がわの冪べきの値ねに関かんしては、カロリメータ型がた検出けんしゅつ器きがAMS-02の測定そくてい値ちよりもさらに硬かたい冪べきを示唆しさしているものの、磁気じきスペクトロメータとの整合せいごう性せいをチェックできる低ていエネルギー側がわの冪べきが精度せいど良よく測定そくていされておらず、エネルギー測定そくていにおける系統けいとう誤差ごさの可能かのう性せいが残のこってしまっている状態じょうたいでした。

CALETは広ひろいエネルギー測定そくてい範囲はんいと確実かくじつな装置そうち較正こうせいにより、磁気じきスペクトロメータとカロリメータ型がた検出けんしゅつ器きによってカバーされていた領域りょういきを単独たんどくの検出けんしゅつ器きとして高こう精度せいどに観測かんそくすることに成功せいこうし、2019年ねんの論文ろんぶん^*10でスペクトル硬化こうかを観測かんそくしました。その後ご同おなじカロリメータ型がた検出けんしゅつ器きDAMPEによってこの結果けっかは追認ついにんされています。今回こんかいの本ほん研究けんきゅうグループによるCALETの観測かんそくでは、このエネルギー領域りょういきを10テラ電子でんしボルト以上いじょうまで拡大かくだいし、スペクトルの軟化なんかが急激きゅうげきに起おきていることを高こう精度せいどに検出けんしゅつしています。

(3) 今回こんかいの研究けんきゅうで得えられた結果けっか及および知見ちけん

CALETによって科学かがく観測かんそくを開始かいしした2015年ねん10月がつ13日にちから2021年ねん12月31日にちまでのデータを用もちいて、測定そくていされた陽子ようしのエネルギースペクトルを図ず1に示しめしました（赤あか点てん）。灰色はいいろのバンドはCALETの観測かんそくに伴ともなう現時点げんじてんでの系統けいとう誤差ごさを含ふくむ全ぜん誤差ごさです。今回こんかいの観測かんそくは、CALETの前回ぜんかいの陽子ようしスペクトル観測かんそく（ https://www.waseda.jp/top/news/64883：2019年ねん5月がつ発表はっぴょう）の後のちに発表はっぴょうされた、青色あおいろで示しめしたDAMPE実験じっけんとは絶対ぜったい値ちも誤差ごさの範囲はんい内ないで一致いっちしています。

カロリメータによる原子核げんしかく測定そくていは独自どくじの利点りてんはあるものの難むずかしさも大おおきく、系統けいとう誤差ごさの見積みつもりも容易よういではありません。CALETでは、加速器かそくきビームによる性能せいのう検証けんしょう実験じっけんやシミュレーション計算けいさんを駆使くしして詳細しょうさいな系統けいとう誤差ごさの評価ひょうかを実施じっししています。

今回こんかいのCALETの観測かんそくにおいて、50ギガ電子でんしボルトから60テラ電子でんしボルトという３桁けた以上いじょうにわたる広ひろいエネルギー領域りょういきでスペクトル構造こうぞうの高こう精度せいど観測かんそくを達成たっせいし、あらたに10テラ電子でんしボルト領域りょういきでのスペクトル軟化なんかが急激きゅうげきに起おこっていることを検出けんしゅつしました。この結果けっかは、超新星ちょうしんせい残骸ざんがいでの宇宙うちゅう線せん加速かそく機構きこう（特とくに加速かそく最大さいだいエネルギー）や銀河ぎんが内ないでの宇宙うちゅう線せん伝播でんぱ機構きこうの解明かいめいに重要じゅうような貢献こうけんが期待きたいできる観測かんそく結果けっかとして注目ちゅうもくされています。

(4) 研究けんきゅうの波及はきゅう効果こうかや社会しゃかい的てき影響えいきょう

宇宙うちゅう線せんは星ほしの進化しんかの過程かていで生成せいせいされた元素げんそが、特とくにその最終さいしゅう段階だんかいで超新星ちょうしんせい爆発ばくはつなどにより宇宙うちゅう空間くうかんにばら撒まかれ、超新星ちょうしんせい残骸ざんがいで生成せいせいされた衝撃波しょうげきはによって加速かそくされると考かんがえられています。しかし、この衝撃波しょうげきは加速かそくやその後ごの宇宙うちゅう空間くうかんへの拡散かくさんなどについては、まだまだ不明ふめいな部分ぶぶんが多おおく、その解明かいめいには宇宙うちゅう線せん諸しょ成分せいぶんのエネルギースペクトルの高こう精度せいど観測かんそくが不可欠ふかけつです。

CALET は世界せかいで初はじめて宇宙うちゅう機きに搭載とうさいされた宇宙うちゅう線せんシャワーを可視かし化かできるカロリメータ型がたの観測かんそく装置そうちです。CALET開発かいはつ以降いこうでは、同種どうしゅの観測かんそく装置そうちである中国ちゅうごくのDAMPE と米国べいこくのISS-CREAM が打うち上あげられているます。カロリメータ型がたの観測かんそく装置そうちに対たいして、磁石じしゃくを採用さいようしたマグネットスペクトロメータ型がたのPAMELA とAMS-02 が、電荷でんかの正負せいふの判定はんていによる反はん粒子りゅうしを含ふくむ観測かんそくに現在げんざい成果せいかを挙あげています。カロリメータ型がた装置そうちは、電荷でんかの正負せいふは判定はんていできないものの、エネルギー測定そくていがテラ電子でんしボルト以上いじょうまで可能かのうです。これに対たいして、マグネットスペクトロメータ型がた装置そうちは、テラ電子でんしボルト領域りょういき以下いかの観測かんそくに限かぎられています。このため、両者りょうしゃはお互たがいの利点りてんを生いかして相補そうほ的てきな観測かんそくを実施じっししています。こうしたなかで、CALETはこれまで高こう精度せいど観測かんそくが困難こんなんで未開拓みかいたくな領域りょういきであったテラ電子でんしボルト領域りょういきでの観測かんそくにおいて成果せいかをあげています。

本ほん研究けんきゅうグループによる今回こんかいの成果せいかは、宇宙うちゅう線せんの主成分しゅせいぶんである陽子ようしの精密せいみつなスペクトル構造こうぞうを観測かんそくしており、10テラ電子でんしボルト以上いじょうでのスペクトルの軟化なんかは、衝撃波しょうげきは加速かそくの限界げんかいエネルギーについて新あらたな知見ちけんを与あたえるだけでなく、新あらたな加速かそく機構きこうの検証けんしょうとしても重要じゅうような発見はっけんであると考かんがえています。このように宇宙うちゅう線せんの研究けんきゅうは宇宙うちゅう物理ぶつり学がくの大おおきなテーマであり、宇宙うちゅうの仕組しくみを理解りかいする上じょうで重要じゅうような貢献こうけんをもたらします。さらに、宇宙うちゅう線せんは、さまざまな元素げんそを絶たえ間まなく宇宙うちゅうから地球ちきゅうへもたらしており、宇宙うちゅうにおける物質ぶっしつの創成そうせい・循環じゅんかんに重要じゅうような役割やくわりを果はたしていると考かんがえられています。従したがって、その精密せいみつな情報じょうほうを得えることは地球ちきゅう環境かんきょうの理解りかいにとっても重要じゅうようであると言いえるでしょう。

 (5) 今後こんごの課題かだい

スペクトル硬化こうかの現象げんしょうは陽子ようしだけでなく炭素たんそ、酸素さんそに関かんしては観測かんそくされました。ヘリウムにおいても核かく子こあたり数すう百ひゃくギガ電子でんしボルトの領域りょういきにて冪べきの変化へんかが示唆しさされています。これまでの宇宙うちゅう線せん加速かそく・伝播でんぱ機構きこうの理論りろん的てき解釈かいしゃくでは、このエネルギー領域りょういきでの冪べきの変化へんかを説明せつめいすることが難むずかしく、新あらたな加速かそくand/or伝播でんぱ機構きこうによる解明かいめいが急いそがれています。CALETではヘリウムや未み発表はっぴょうの重じゅう原子核げんしかくでも、カロリメータ型がた検出けんしゅつ器きによる高こう精度せいどな観測かんそく結果けっかを今後こんご発表はっぴょうする予定よていです。

スペクトル硬化こうかの原因げんいんとして提案ていあんされている理論りろんモデルの正否せいひの判定はんていには、ホウ素ほうそ/炭素たんそ比ひのエネルギー依存いぞん性せいの観測かんそくも重要じゅうような役割やくわりを果はたします。炭素たんそや酸素さんそは、星ほしの元素げんそ合成ごうせい過程かていで生成せいせいされ、超新星ちょうしんせい爆発ばくはつに伴ともなう衝撃波しょうげきはで加速かそくされ星ほし間あいだ空間くうかんに放出ほうしゅつされる一いち次じ成分せいぶんです。これに対たいし、ホウ素ほうそは一いち次じ成分せいぶんの宇宙うちゅう線せんが銀河ぎんが内ないを伝播でんぱ中ちゅうに星ほし間あいだ物質ぶっしつと相互そうご作用さようしてできる二に次じ的てきな成分せいぶんです。そのため、ホウ素ほうそ/炭素たんそ比ひの測定そくていが銀河ぎんが内ない伝播でんぱの拡散かくさん過程かていを定量ていりょう的てきに理解りかいする上じょうで重要じゅうようになるからです。CALETは既すでにホウ素ほうそ/炭素たんそ比ひテラ電子でんしボルト領域りょういきまでの観測かんそくを実施じっししており、これまでの観測かんそく結果けっかからスペクトル硬化こうかの解明かいめいへの貢献こうけんが可能かのうになると考かんがえられます。

一方いっぽう、超新星ちょうしんせい残骸ざんがいにおける衝撃波しょうげきは加速かそくは”標準ひょうじゅんモデル”の中心ちゅうしん的てき仮説かせつであり、電荷でんかに比例ひれいした加速かそく限界げんかいを予言よげんします。超新星ちょうしんせい残骸ざんがいで達成たっせい可能かのうな最高さいこうエネルギーは典型てんけい的てきに、陽子ようしで60テラ電子でんしボルトと見積みつもられています。しかしながら、地上ちじょうにて観測かんそくされた宇宙うちゅう線せんの3ペタ電子でんしボルト付近ふきんでのスペクトルの軟化なんか(スペクトルの形状けいじょうが足あしの膝ひざに似にているので、ニー：Kneeと呼よばれている。)　が示唆しさしているのは、超新星ちょうしんせい残骸ざんがいでの衝撃波しょうげきは加速かそくが限界げんかいを迎むかえ、宇宙うちゅう線せん組成そせいが電荷でんかに比例ひれいして軽けい原子核げんしかくからより重じゅう原子核げんしかくへシフトすることによる構造こうぞうと考かんがえられています。この間接かんせつ測定そくていによるKneeを、上記じょうきの超新星ちょうしんせい残骸ざんがいモデルで理解りかい（できるかどうかを含ふくめて）するため、今回こんかいの陽子ようしスペクトル軟化なんかの観測かんそくは決定的けっていてきな役割やくわりを果はたすことができます。

CALETは今後こんご、さらにデータを蓄積ちくせきし、また高こうエネルギー側がわでの系統けいとう誤差ごさを減へらすことにより、重じゅう原子核げんしかく成分せいぶん（炭素たんそ、酸素さんそ、鉄てつなど）の10テラ電子でんしボルト（核かく子こあたり）領域りょういきでの観測かんそくに加くわえて、100テラ電子でんしボルトを超こえるエネルギー領域りょういきの陽子ようし・ヘリウムスペクトルを決定けっていすることで、電荷でんかに比例ひれいする加速かそく限界げんかいの検証けんしょうを目指めざします。

(6) 用語ようご解説かいせつ

１：CALET（高こうエネルギー電子でんし・ガンマ線がんません観測かんそく装置そうち）

• 2015年ねん8月がつに国際こくさい宇宙うちゅうステーションに搭載とうさいされ、同年どうねん10月がつより宇宙うちゅう線せん観測かんそくを開始かいしした宇宙うちゅう線せん電子でんし望遠鏡ぼうえんきょう「CALET」は、日本にっぽんの宇宙うちゅう線せん観測かんそくとしては初はじめての本格ほんかく的てきな宇宙うちゅう実験じっけんで、すでに７年ねん以上いじょう安定あんてい的てきな観測かんそくを行おこなっています。高こうエネルギー電子でんしの高こう精度せいど観測かんそくに最適さいてき化かされたユニークな装置そうちですが、確実かくじつな電荷でんか決定けっていと広ひろいエネルギー測定そくてい範囲はんいにより、陽子ようしや原子核げんしかく成分せいぶんの観測かんそくにも強力きょうりょくな性能せいのうを有ゆうしています。CALETの主あるじとなる検出けんしゅつ装置そうちは「カロリメータ」と言いい、ここに飛とび込こんでくる宇宙うちゅう線せんを捉とらえて観測かんそくすることになります。カロリメータは、図ず2のように3つの層そうからできています。
• 図ず2の第だい1の層そう（CHD）では粒子りゅうしの電荷でんかを測定そくていし、入射にゅうしゃ粒子りゅうしの電荷でんかを測定そくていします。第だい2の層そう（IMC）では、主おもに粒子りゅうしが飛とんできた方向ほうこうを測定そくていします。そしてもっとも厚あつみのある第だい3の層そう（TASC）で、宇宙うちゅう線せんが吸収きゅうしゅうされて生しょうじる「シャワー」の発達はったつの様子ようすからその宇宙うちゅう線せんのエネルギーや種類しゅるいを特定とくていします。この3つの層そうから得えられる情報じょうほうを統合とうごうすることで、その宇宙うちゅう線せんについてかなり広範囲こうはんいに理解りかいすることが可能かのうと考かんがえています。特とくに第だい三さんの層そうの厚あつさや使つかわれている物質ぶっしつと信号しんごうの読よみ出だし方法ほうほうによって、どれだけ高たかいエネルギーの粒子りゅうしまで観測かんそくすることができるかが決きまるのですが、CALETはとりわけここがCALET以前いぜんの観測かんそく装置そうちに比くらべて高たかい性能せいのうを持もっています。

２：電子でんしボルト

エネルギーの単位たんいです。1ボルトの電位差でんいさを抵抗ていこうなしに通過つうかした際さいに電子でんしが得えるエネルギーが1電子でんしボルトです。ここではその10⁹倍ばいのギガ電子でんしボルト、10¹²倍ばいのテラ電子でんしボルト、10¹⁵倍ばいのペタ電子でんしボルトのエネルギー領域りょういきを扱あつかっています。

３：宇宙うちゅう線せん

宇宙うちゅう空間くうかんは、何なにもないように見みえますが、じつはとてもたくさんの粒子りゅうしが飛とんでいます。それらは原子げんしよりもさらに小ちいさい陽子ようしや電子でんしなどの粒子りゅうしで、宇宙うちゅう空間くうかんで手てをかざしたら一いち秒間びょうかんに100個こ以上いじょうが手てにあたるほどたくさん飛とんでいます。そのような粒子りゅうしを宇宙うちゅう線せんと言いいます。宇宙うちゅう線せんは約やく100年ねん前まえに発見はっけんされて以来いらい、常つねに物理ぶつり学がくの最先端さいせんたんテーマでした。宇宙うちゅう線せんの研究けんきゅうから、陽電子ようでんしや中間子ちゅうかんしの発見はっけんなど、人類じんるいの知識ちしきを大おおきく広ひろげる成果せいかがあがっています。宇宙うちゅう線せんは、太陽たいようや天そらの川かわ銀河ぎんが（地球ちきゅうがある銀河系ぎんがけい）など宇宙うちゅうの様々さまざまな場所ばしょから飛とんできます。特とくに高たかいエネルギーをもったものは、私わたしたちが暮くらす太陽系たいようけいの外そとからはるばるやってきています。

４：スペクトル

本稿ほんこうではすべてエネルギースペクトルの意味いみで用もちいています。横よこ軸じくをエネルギー、縦たて軸じくを流ながれ束たばとした図ずをエネルギースペクトルと言いいます。宇宙うちゅう線せんスペクトルは冪べき形状けいじょうとなっていて、その冪べきの値ねは大体だいたい -2.7程度ていどですので、高たかいエネルギーになるにつれ急激きゅうげきに流ながれ束たばが減少げんしょうします。

５：スペクトル硬化こうか

冪べきの絶対ぜったい値ちが小ちいさくなる方向ほうこうのスペクトル変化へんかを表あらわし、エネルギーに対たいする流りゅう束たばの減少げんしょう割合わりあいが減へっていくことを示しめします。

６：スペクトル軟化なんか

スペクトル硬化こうかとは逆ぎゃくに、冪べきの絶対ぜったい値ちが大おおきくなる方向ほうこうのスペクトル変化へんかを表あらわし、エネルギーに対たいする流りゅう束たばの減少げんしょう割合わりあいが増ふえていくことを示しめします。

７：これまでのCALETによる宇宙うちゅう線せん諸しょ成分せいぶん（電子でんし、炭素たんそ、水素すいそ、鉄てつ、ニッケルなど）の観測かんそく

• 「宇宙うちゅう線せんの鉄てつ・ニッケル成分せいぶんの最高さいこうエネルギー領域りょういきに至いたるスペクトルを測定そくてい」(2022年ねん4月がつ発表はっぴょう)

• 「宇宙うちゅう線せん炭素たんそ・酸素さんそのテラ電子でんしボルト領域りょういきに至いたるスペクトル硬化こうかを検出けんしゅつ」（2021年ねん1月がつ発表はっぴょう）

• 「宇宙うちゅう線せんの直接ちょくせつ観測かんそくにより、テラ電子でんしボルト領域りょういきに至いたる漸次ぜんじ的てきな陽子ようしスペクトル硬化こうかを高こう精度せいどに検出けんしゅつ」（2019年ねん5月がつ発表はっぴょう）

• 「２年間ねんかんのデータ蓄積ちくせきにより観測かんそく領域りょういきを拡張かくちょう。8テラ電子でんしボルトまでの高こう精度せいど電子でんし識別しきべつに成功せいこう」（2018年ねん5月がつ発表はっぴょう）

• 「宇宙うちゅうからの直接ちょくせつ観測かんそくで３テラ電子でんしボルトまでの高こう精度せいど電子でんし識別しきべつに初はじめて成功せいこう」(2017年ねん12月発表はっぴょう）

８：宇宙うちゅう線せん加速かそく

高こうエネルギーの宇宙うちゅう線せんがどこからきてどのように加速かそくされたのか（＝高たかいエネルギーを得えたのか）についてのもっとも有力ゆうりょくな説明せつめいは、「超新星ちょうしんせい爆発ばくはつ」です。超新星ちょうしんせい爆発ばくはつとは、質量しつりょうの大おおきな星ほしがその一生いっしょうの最後さいごに起おこす爆発ばくはつで、そのとき甚大じんだいなエネルギーが放出ほうしゅつされます。そのエネルギーによって加速かそくされて地球ちきゅうまで飛とんできた粒子りゅうしが高こうエネルギーの宇宙うちゅう線せんだと考かんがえられていますが、加速かそくされるメカニズムの詳細しょうさいについては、まだわからない点てんが多おおく残のこされています。

９: 冪べき型がたスペクトル

変数へんすうxに対たいしする分布ぶんぷ関数かんすうがx^{αあるふぁ} になる分布ぶんぷを、冪べきの値ねがαあるふぁの冪べき関数かんすう型がた分布ぶんぷと呼よびます。変数へんすうをエネルギー(E)にとった場合ばあいの流りゅう束たばの分布ぶんぷをエネルギースペクトルと言いい、宇宙うちゅう線せんスペクトルは冪べき形状けいじょうとなっていて、E^{–γがんま}で表あらわされます。冪べきの値ねはマイナスでγがんまの値ねは2.7程度ていどであるので、高たかいエネルギ―になるにつれ急激きゅうげきに流ながれ束たばが減少げんしょうします。

電波でんぱや赤あか外がい・可視かし光こう等とうの電磁波でんじはスペクトルが主おもに、黒くろ体たい輻射ふくしゃに代表だいひょうされる熱ねつ的てき放射ほうしゃを観測かんそくしているのに対たいし、冪べき型がたスペクトルによって特徴とくちょうづけられる非ひ熱ねつ的てき放射ほうしゃの背景はいけいには必かならず宇宙うちゅう線せんの加速かそくと伝播でんぱが隠かくされているためです。

１０：2019年ねんの論文ろんぶん

雑誌ざっし名めい：Physical Review Letters 122, 181102, 2019　(Highlighted as Editor’s Suggestion)
論文ろんぶん名めい：Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station

 (7) 論文ろんぶん情報じょうほう

雑誌ざっし名めい：Physical Review Letters 129, 101102, 2022 (Highlighted as Editor’s Suggestion)
論文ろんぶん名めい：Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station
著者ちょしゃ名めい：O. Adriani et al. (CALET Collaboration), Corresponding Authors: K. Kobayashi, P.S. Marrocchesi, and S. Torii
DOI：10.1103/PhysRevLett.129.101102
紙面しめん掲載けいさい：Volume 129, Issue 10, 1 September 2022