戎崎計算宇宙物理研究室

主任研究員

戎崎 俊一

  • Toshikazu Ebisuzaki
  • 理学博士
  • 戎崎 俊一
  • 略歴
    1986
    東京大学大学院理学系研究科天文学専攻 博士課程修了
    1988
    神戸大学大学院自然科学研究科 助手
    1989
    東京大学教養学部 助手
    1991
    同 助教授
    1995
    理化学研究所 計算科学研究室 主任研究員
    1999
    同 情報基盤研究部 部長
    2003
    同 戎崎計算宇宙物理研究室 主任研究員（現職）

研究概要

戎崎計算宇宙物理研究室

当研究室では、極限エネルギー宇宙線（1020電子ボルト）を検出し、その起源天体を同定するためのJEM-EUSO（Extreme Universe Space Observatory onboard Japanese Experiment Module）を開発している。JEM-EUSOは地球大気を検出器として利用し、宇宙起因の地球大気圏内での瞬間発光現象を観測する口径約2.5m、約60度の視野を持つ超広視野望遠鏡である。高度約400kmの軌道を周回している国際宇宙ステーション（ISS）の日本実験棟「きぼう」（JEM）の船外実験プラットフォームに装着され、直径約400kmの領域の地球大気を一度に観測する。JEM-EUSOは、JEMの第二期利用ミッション候補としてJAXAに採用され、JAXAと共同でphase-A研究が進行中である。日米を中心として、欧、アジアの協力のもとで建設される予定で、2016年度頃の打上げを予定している。

その他に、銀河中心ブラックホールの形成過程やダークマターによる構造形成の研究、地殻から下部マントル最上部相当の高温高圧下におけるマグマや鉱物中における水素（水）の物質科学を探究する量子シミュレーション、生体機能の発現機構を解明するためのG-APD検出器による高速高感度カメラの開発、データのリアルタイム可視化技術の研究やシステム構築、研究成果を研究者が共有しやすいアプリケーションソフトReKOSの開発、計算機の教育利用などを行っている。

最近の研究成果

極限エネルギー宇宙線の起源を国際宇宙ステーションから探る

極限エネルギー宇宙線が作る空気シャワーをISSから観測するJEM-EUSO
図1 極限エネルギー宇宙線が作る空気シャワーをISSから観測するJEM-EUSO（想像図）
天の川銀河の中での荷電粒子の運動
図2 天の川銀河の中での荷電粒子の運動
荷電粒子は磁場によって曲げられるが、1020eV以上になると磁場の影響を受けずにほぼ直進するため、到来方向が分かる。
完成したJEM-EUSO光学系の中央部分
図3 完成したJEM-EUSO光学系の中央部分（口径1.5m）

JEM-EUSOは、宇宙から地球を観て宇宙を知るという新しい概念の観測装置「地文台」である。高度約400kmの軌道上を約90分で周回している国際宇宙ステーション（ISS）の日本実験棟「きぼう」（JEM）の船外実験プラットフォームに装着され、超広視野望遠鏡で地球大気を観測し、1020電子ボルト（eV）を超える極限エネルギー宇宙線が作る微弱な光を捉える。

極限エネルギー宇宙線は地球の大気の原子核と衝突して主に電子・陽電子・ガンマ線などの二次荷電粒子からできた空気シャワーを形成する。空気シャワー中の高エネルギー荷電粒子は大気中の窒素分子を励起して紫外線を放射させる。JEM-EUSOはこのとき励起された窒素分子から放射される蛍光紫外線を2.5マイクロ秒の時間間隔で撮像し、空気シャワーの発達を約0.75km×0.75km（角度分解能0.1度）の空間分解能で三次元的に再構築する。これにより、極限エネルギー宇宙線のエネルギーと到来方向を決定することができる。これらは、100平方キロメートルあたり1年に1個程度しか飛来しないので、より多くの事例を得て高統計の議論を可能にすることが何よりも肝要である。JEM-EUSOは、宇宙から観測することにより飛躍的に観測領域を拡大し、5年間の運用で約1000個を超える超GZK（E>7×1019eV）粒子事例を観測できるよう設計されている。1020eV以上のエネルギーを持つ粒子は、銀河磁場で一度程度しか曲がらず（陽子の場合）、ほぼまっすぐ地球に飛来するので、到来方向を遡れば起源天体を同定することができる。

JEM-EUSOはその他にも、超高エネルギーニュートリノによる空気シャワーや雷、夜光、流星などの大気圏内の発光現象なども全球的・網羅的に観測する。

当研究室は、JEM-EUSOを推進する中核的存在として、13ヶ国、75研究施設の研究者（2011年7月現在）と協力しながら、JEM-EUSOの製作準備を進めている。JEM-EUSOは、JEMの第二期利用ミッション候補としてJAXAに採用され、JAXAのもとでphase-A研究が進行中である。2016年度頃に日本のHIIBロケットで打ち上げられ、HTV（H-II Transfer Vehicle）でISSに運ばれる予定である。

JEM-EUSO望遠鏡は口径2.5mで史上最大の屈折望遠鏡である。屈折望遠鏡は、1897年にヤーキス天文台の102cm屈折望遠鏡が建設されて以来、レンズの重量と色収差のために100年以上にわたって、より大きな物は作られてこなかった。これらの問題は、超軽量フレネルレンズおよび回折光学レンズの製作を可能にした大型超高精度加工技術のブレークスルーで解決し、2010年12月には、大森素形材研究室と共同開発したJEM-EUSO光学系の中央部分（口径1.5m）の試作が完成した。

主要論文

  1. T. Ebisuzaki, H. Miyahara, R. Kataoka, T. Sato, Y. Ishimine, 1 Explosive volcanic eruptions triggered by cosmic rays: Volcano as a bubble chamber, Gondwana Res. 2011, 19, 1054.
  2. T. Ishiyama, J. Makino, T. Ebisuzaki, Gamma-ray Signal from Earth-mass Dark Matter Microhalos, Astrophys. J. Lett. 2010, 723, L195.
  3. N. Arai, K. Yasuoka, Y. Koishi, T. Ebisuzaki, Asymmetric Brownian Motor Driven by Bubble Formation in a Hydrophobic Channel, ACS Nano 2010, 4, 5905.
  4. J. Yang, J. S. Tse, T. Iitaka, First-principles studies of liquid lithium under pressure, J. Phys. Cond. Matter 2010, 22, 095503.
  5. G. Gao, et al. High-pressure crystal structures and superconductivity of Stannane (SnH4), Proc. Natl Acad. Sci. USA 2010, 107, 1317.
  6. T. Ogawa, et al. Radiation Resistance of Nd-Doped Laser Crystals for Space Application, Jpn. J. Appl. Phys. 2009, 48, 088001.
  7. R. Kataoka, et al. Three-dimensional MHD modeling of the solar wind structures associated with 13 December 2006 coronal mass ejection, J. Geophys. Res. 2009, 114, A10102.
  8. G. Watanabe, et al. Formation of Nuclear “Pasta” in Supernovae, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 121101.
  9. H. Matsubara, T. Ebisuzaki, K. Yasuoka, Microscopic insights into nucleation in a sulfuric acid-water vapor mixture based on molecular dynamics simulation, J. Chem. Phys. 2009, 130, 104705.
  10. T. Koishi, K. Yasuoka, S. Fujikawa, T. Ebisuzaki, XC. Zeng, Coexistence and transition between Cassie and Wenzel state on pillared hydrophobic surface, Proc. Natl Acad. Sci. USA 2009, 106, 8435.
  11. K. Fujimoto, RD. Sydora, Particle description of the electron diffusion region in collisionless magnetic reconnection, Phys. Plasmas 2009, 16, 112309.
  12. K. Koike, T. Matsuyama, T. Ebisuzaki, Epigenetics: application of virtual image restriction landmark genomic scanning (Vi-RLGS), FEBS J. 2008, 275, 1608.
  13. E. Sugimura, et al. Compression of H2O ice to 126 GPa and implications for hydrogen-bond symmetrization: Synchrotron x-ray diffraction measurements and density-functional calculations, Phys. Rev. B 2008, 77, 214103.

主要メンバー

主宰者 add delete
戎崎 俊一 Toshikazu Ebisuzaki 主任研究員    
スタッフ研究員 add delete
飯高 敏晃 Toshiaki Iitaka 専任研究員    
滝澤 慶之 Yoshiyuki Takizawa 専任研究員    
松山 知樹 Tomoki Matsuyama 専任研究員    
ポスドク add delete
藤本 桂三 Keizo Fujimoto 基礎科学特別研究員    
塩田 大幸 Daikou Shiota 基礎科学特別研究員    
川崎 賀也 Yoshiya Kawasaki 協力研究員    
篠崎 健児 Kenji Shinozaki 協力研究員    
宮本 寛子 Hiroko Miyamoto 特別研究員    
学生・研究生 add delete
東出 一洋 Kazuhiro Higashide ジュニア・リサーチ・アソシエイト    
フランチェスコ・フェニュー Francesco Fenu 国際プログラム・アソシエイト    
技術系アシスタント add delete
金子 委利子 Iriko Kaneko テクニカルスタッフⅠ    
津野 克彦 Katsuhiko Tsuno テクニカルスタッフⅠ    
事務系アシスタント add delete
客員研究員・客員技師 add delete
その他のスタッフ add delete
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