超新星爆発ニュートリノ検出から35年を迎えました
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（2017年2月23日の記事の一部を編集しています。）
1987年2月23日、ちょうど30年前の今日、地球から16万光年離れた大マゼラン星雲でおきた超新星爆発SN1987Aにともなうニュートリノが地球に到来しました。スーパーカミオカンデの前身の検出器カミオカンデは、SN1987Aから放出されたニュートリノを11個検出しました。超新星爆発からのニュートリノを検出したのは世界初であり、この検出により、超新星爆発の仕組みの解明が大きく前進しました。また、2002年には小柴昌俊 東京大学特別栄誉教授がこの功績に対し、ノーベル物理学賞を授与されました。
アングロ・オーストラリア天文台/David Malin撮影
ニュートリノ研究のパイオニア カミオカンデ
カミオカンデ検出器は、岐阜県吉城郡神岡町（現 岐阜県飛騨市神岡町）の地下1000mに設置された、直径高さ16 mの円筒形の検出器で、内壁に1000本の世界最大の光電子増倍管（光センサー）が取り付けられていました。（現在はその跡地にKamLAND検出器が置かれています。）小柴昌俊先生が計画、主導され1983年から観測を開始しました。本来、陽子崩壊を検出する目的で建設されましたが、太陽ニュートリノの観測もできるように検出器の改造に取り掛かりました。改造を終え、太陽ニュートリノの観測を開始したのは、1986年の暮れ頃のことでした。
超新星爆発ニュートリノ発見！その日
超新星爆発SN1987Aが肉眼で観測された２日後の2月25日、ペンシルバニア大学から東京大学へ超新星爆発を知らせるFAXが届きます。それをみた戸塚洋二先生が、神岡にいる研究者へデータの磁気テープを送るようすぐに連絡しました。（当時はネットワークが発達していなかったので、データは物理的に宅配便で送られていました。）
2月27日、磁気テープが東京に到着すると、当時大学院生だった中畑雅行先生（現スーパーカミオカンデ実験代表者）がすぐに解析プログラムにかけ、解析を始めます。2月28日の朝、時間ごとに光を検出したセンサーの本数をグラフにして打ち出していくと、明らかにノイズではないピークを大学院生の平田慶子さんが見つけました。まさにこれがSN1987Aからやってきたニュートリノを検出した痕跡でした。（この数分前に定期的な装置メンテナンスのため2分間の空白があります。もしこの間に爆発が起こっていたら、ニュートリノをとらえることはできませんでした。）詳細な解析が行われ、2月23日16時35分35秒から13秒間に11個のニュートリノを検出したことが明らかになりました。
3月2日朝、解析を終えた中畑先生が小柴先生に報告すると、「他に同じような信号がないか全てのデータを解析せよ」との指示がでます。そして箝口令がしかれた中、3月2日から6日にかけて43日分のカミオカンデのデータを解析し、このようなピークは超新星爆発SN1987Aからの信号しかないことを証明し、論文として発表しました。論文作成に携わった研究者のサインが残っています。
その後のニュートリノ研究の発展
カミオカンデの超新星爆発ニュートリノの発見がきっかけとなり、ニュートリノ研究の重要性が認識され、タンクを巨大化したスーパーカミオカンデの建設が認められました。1996年からスーパーカミオカンデは観測を開始し、1998年にはニュートリノ振動を発見しました。その功績により2015年には梶田隆章教授がノーベル物理学賞を授与されました。また、K2K実験、T2K実験、KamLAND実験など、現在日本を始めとして世界中でニュートリノ研究が盛んに行われるようになった発端は、SN1987Aだったのです。
今銀河系内で超新星爆発が起これば、30年前の約1000倍のニュートリノをスーパーカミオカンデでとらえることができます。そうなれば、超新星爆発のメカニズムの詳細が明らかになり、星や宇宙についての理解が進むと期待されています。超新星爆発は私たちの銀河内で30年〜50年に１回起きると考えられています。もう間もなく、次の瞬間にも超新星爆発が起きるかもしれません。超新星爆発ニュートリノはわずか10秒間しかやってきません。その時を逃すまいとスーパーカミオカンデは休むことなく観測を続けているのです。
新生スーパーカミオカンデでの超新星爆発ニュートリノ検出に期待
スーパーカミオカンデは、2020年夏にレアアースの一種であるガドリニウムを加え、宇宙初めからの超新星爆発に伴うニュートリノ観測に向けて、新たな観測をスタートしました。ガドリニウムの導入は私たちの銀河系で起こる超新星爆発の観測にもプラスとなり、その星の方向をより精度よく決定できるようになります。
超新星爆発がわたしたちの銀河系で起きれば、約1万個のニュートリノの観測が期待できます。 しかし、超新星爆発の方向を教えてくれるのは、そのうち5％程度の電子ニュートリノ事象によるものです。 ガドリニウムの導入により、反電子ニュートリノ事象の多くを排除することにより、 超新星爆発の方向決定精度を飛躍的に上げることができるのです。
