主な研究テーマ

 銀河系内ブラックホールの人口調査の提案

ブラックホール(BH)は銀河系内に1億個程度存在すると考えられています。しかし、現在までに同定されている BH はせいぜい数十個程度にとどまります。銀河系内 BH の多様なサンプルを集め、その物理量や位置・速度分布を調べることは、BHの形成過程を知るためにも重要です。我々はX線連星系以外の銀河系内BHを発見する手法をタイプ別に提案し（図3）、それぞれについて将来観測によるBH検出数を見積もりました。まず星からの質量降着がないBH 連星[図3(b)]については、星の軌道運動を精度良く見ることでBH を同定できることに着目し、位置天文衛星 Gaia で 200 - 1000 個の BH 連星が検出できると推定、さらにそのデータから、BHの元となる星とその進化過程に関する情報が得られることを初めて指摘しました (Yamaguchi, NK et al. 2018 etc.)。また、単独BHに関しては、分子雲などガス密度の濃い領域中でガス降着するもの[図3(a)]について、将来観測で最大700個程度検出できると推定しました (Tsuna, NK & Totani 2018; Tsuna & NK 2019)。また、重力マイクロレンズの観測による単独BHの検出[図3(c)]から得られるBHの速度分布についても研究を行いました（Koshimoto, NK & Tsuna 2024）。このように、あらゆる種族の銀河系内BHを探査することでBHの形成過程に迫る「BHの人口調査」を実現すべく、現在も研究を継続中です。2025年には本テーマで研究会を開催しました (HP)。

 銀河系内宇宙線の起源

宇宙空間には、光速に近い速度をもつ高エネルギーの陽子や原子核、電子などの粒子が飛び交っています。物理学者はこの粒子を総称して宇宙線 (cosmic-ray)と呼んでいます。宇宙線のエネルギー分布が 109 電子ボルトから 1015 電子ボルトまでほぼ単一の冪関数で表せることから、少なくともこのエネルギー範囲については単一種族の天体が起源と考えられ、その有力候補として超新星残骸が考えられてきました。 2008年以降、複数の宇宙線観測装置によって、宇宙線電子・陽電子の量が従来の理論予想を超過しているとの観測結果が相次いで報告されました。この解釈として、暗黒物質をなす未知の素粒子が起源とする説と天体が起源とする説の2派に分かれる論争が宇宙物理のみならず素粒子物理の研究者をも巻き込んで起こりました。我々は宇宙線電子・陽電子の起源として地球近傍のパルサーなどの天体が観測結果を自然に説明できることを指摘し、それを検証する方法も提案しました （NK et al. 2010 etc.）。これらの研究がきっかけで私は宇宙線観測装置 CALET のプロジェクトに加入し、観測結果に対する理論的解釈を担当しています。また、 CALETやその他の観測により、宇宙線陽子や原子核のスペクトルが標準的なモデルの予想からずれていることが報告されています。我々は星団が作るスーパーバブルや特殊な超新星など新しいタイプの宇宙線源を提唱し、宇宙線陽子・原子核スペクトルを矛盾なく説明するとともに、観測による検証法も提案しました（NK & Yanagita 2018 etc.）。