MeVガンマ線とは？ 京都大学SMILEプロジェクトが大気球で宇宙を観測

こんにちは。暗素研の小笠原です。
京都大学大学院 理学研究科 宇宙線研究室の、SMILEプロジェクトを、ブログで紹介させていただけることになりました。
研究室の公開ページと、お伺いしたお話をもとに記事作成をしました。

SMILEプロジェクトとは？

イメージ作成：暗素研

SMILEは、「Sub-MeV/MeV gamma-ray Imaging Loaded-on-balloon Experiment」の略です。
MeVガンマ線を見る新しいカメラを作り、大気球に載せて、宇宙を観測する実験です。
京都大学の宇宙線研究室などが進めています。検出器は、ガスの検出器と、シンチレーター（光るセンサー）を組み合わせた、新しいタイプのカメラです。

研究室のモットーは、「新しい発見は、新しい観測装置から。」
観測装置は、どこにも売っていません。だから、自分たちで作る。
その考え方が、このプロジェクトの出発点にあります。

MeVガンマ線って、何？

イメージ作成：暗素研

ガンマ線は、目に見える光よりも、ずっとエネルギーの高い光（電磁波）です。
その中でも、「MeV（メガ電子ボルト）」という領域のガンマ線は、1MeVの場合、目に見える光の約50万倍のエネルギーを持っています。

ブラックホールや、星の爆発、宇宙線が生まれる現場から、このMeVガンマ線が出ていると考えられています。ところが、MeVガンマ線は、地上には届きにくく、観測もとても難しい光です。
そのため、この領域は、観測があまり進んでいない「未開拓の窓」とされています。

MeVガンマ線で、何が分かる？

MeVガンマ線を調べると、宇宙について、次のようなことが分かると期待されています。

・星の爆発でできた、放射性の原子核が出す光から、元素がどのように作られたかが分かります。
・銀河の中心付近で、電子と、その反物質（陽電子）が出会って消えるときに出る光から、陽電子がどこで生まれているのかを探る手がかりになります。
・ブラックホールや、そのまわりで起きている、激しい現象を調べられます。

どれも、宇宙の成り立ちに関わるテーマです。
ただ、MeVガンマ線は観測が難しく、まだ分からないことが、たくさん残っています。

検出器のしくみ：電子の飛跡まで測る

SMILEの検出器は、「電子飛跡検出型コンプトンカメラ（ETCC）」といいます。
しくみを、やさしく書くと、こうなります。

・ガンマ線が、ガスの中の電子に当たり、電子をはじき飛ばします
・はじき飛ばされた電子が、ガスの中を通った「跡（飛跡）」を、測ります
・電子をはじき飛ばして向きが変わったガンマ線は、別のセンサー（シンチレーター）で受け止めます
・この2つの情報を合わせると、ガンマ線が、どの方向から来たかを、1か所に絞れます

電子の飛跡まで測ることで、光が来た方向を精密に決められて、関係のない雑音も、取り除きやすくなります。これが、この検出器の特長です。

従来のコンプトンカメラでは、光が来た方向を、1か所には絞れず、輪っかの形でしか分かりませんでした。電子の飛跡を測ると、その輪っかの上の1点に、絞り込めます。

なぜ、大気球で飛ばすの？

MeVガンマ線は、地球の大気に吸収されてしまいます。
地上で観測するのは、難しいのです。そこで、大気の影響が小さい高い空まで、検出器を持ち上げて観測します。
大気球は、新しい検出器を、実際に空で試す場として使われています。

これまでの歩みと、次の実験

イメージ作成：暗素研

公開されている資料によると、SMILEは、次のように進んできました。

・SMILE-I（2006年）：検出器の原理を、気球で確かめる
・SMILE-2+（2018年）：オーストラリアで、約26時間の飛翔。かに星雲と、銀河中心付近を観測
・SMILE-3：次の実験。改良した検出器で、オーストラリアでのフライトを予定

SMILE-2+では、検出器が、実際に空で、天体からのMeVガンマ線をとらえられることを確かめた、と報告されています。

SMILE-3では、天の川銀河の中心付近から来る光（電子と、その反物質が消えるときに出る光）と、銀河全体に広がるMeVガンマ線のようすを調べることを目指しています。将来は、さらに長い時間の飛翔も、視野に入れています。

検出器づくりの裏側：熱との戦い

撮影：京都大学大学院 理学研究科 宇宙線研究室

高い空は空気が薄く、一般に、機器の熱が逃げにくくなります。検出器の中の電子回路は、熱を出します。熱をうまく外に逃がせないと、長い時間の運用が難しくなります。

ここからは、研究室の方にお伺いした内容です（2026年10月時点）。

実際に、試験運用のとき、ファインシャットSPを貼る前の検出器では、内部の温度が上がりすぎて、長期間の運用が難しくなりました。
熱が問題になる理由は、主に2つあります。

・検出器の信号を読み出す電子部品（ASICやFPGA）の温度が、耐えられる温度を超えてしまい、測定ができなくなったことがあるため
・電源に使う二次電池（くり返し充電できる電池）は、温度が大きく変わると、ためられる電気の量が大きく変わってしまうため

そのため、温度を上げすぎないことに加えて、温度の変化そのものを小さくしたいと考えているそうです。

そこで、中の熱を外に逃がす対策として、検出器を収める容器の内側のすべての面を、暗素研のファインシャットSPで覆いました。運用のときは、この容器の中に、さまざまな部品を入れていきます。
狙いは、中で出た熱を黒いシートに吸収させ、アルミの容器に伝えて、外に逃がすことです。
ファインシャットSPを選んだ理由として、研究室の方は、熱赤外（熱として伝わる光）の吸収率が高いことと、シートが薄くて熱が伝わりやすいことを挙げています。

2026年10月時点では、貼る作業が終わり、これから対策の効果を確かめていきます。
連続運用の試験は、2026年11月の後半に予定されています。

撮影：京都大学大学院 理学研究科 宇宙線研究室

暗素研の素材：ファインシャットSP

ファインシャットの参考画像

ファインシャットSPは、ファインシャットシリーズの標準グレードで、黒くて薄いシートです。極細の発泡ポリウレタンでできていて、厚みは0.2mmまたは0.4mm、可視光の全反射率は1.2%です。暗素研では、光学機器の内部の不要な反射（迷光）を抑える素材として、販売しています。

検証もこれからおこなっていくとのことで、
今後もSMILEプロジェクトを取材させていただく予定です。

　　よくある質問

Q. MeVガンマ線とは何ですか？

目に見える光よりも、ずっとエネルギーの高い光（ガンマ線）のうち、MeV（メガ電子ボルト）の領域のものです。ブラックホールや星の爆発などから出ていると考えられていますが、地上には届きにくく、観測が難しい光です。

Q. SMILEプロジェクトとは何ですか？

MeVガンマ線を見る新しいカメラを作り、大気球に載せて観測する実験です。京都大学の宇宙線研究室などが進めています。

Q. 電子飛跡検出型コンプトンカメラ（ETCC）とは何ですか？

ガンマ線が当たってはじき飛ばされた電子の「飛跡」まで測ることで、ガンマ線が来た方向を精密に決める検出器です。関係のない雑音を取り除きやすいことが、特長です。

Q. なぜ、大気球で観測するのですか？

MeVガンマ線は、地球の大気に吸収されてしまうからです。大気の影響が小さい高い空まで、検出器を持ち上げて観測します。

Q. ファインシャットSPは、この検出器で、どう使われていますか？

検出器を収める容器の内側のすべての面を覆い、中で出る熱を、外に逃がす工夫の一部として使われています。詳しい効果は、研究室のデータが整ってから、ご相談のうえ、あらためてご紹介できればと考えています。

関連するリンク

執筆：暗素研 小笠原（開発担当）
※内容は、研究室の公開資料と、研究室の方へのお伺いをもとにまとめています。数値や日程は、記載した時点のものです。