宇宙で最も古い光
巨大な星がニュートリノ星またはブラックホールに崩壊すると、非常に激しいニュートリノが放出されます。遠い銀河の星の爆発でさえ、何十億光年離れた宇宙を横切って検出可能な信号を送ることができます。1987年のLarge Magellanic Cloud（約168,000光年離れた隣の銀河）の超新星からのニュートリノ検出は、天体物理学の画期的な瞬間でした。宇宙で最も激しい出来事の一つへの新しい観測ウィンドウを開きました。
しかし個々の近くの超新星は稀です。恒星の死の大多数は宇宙的距離で、宇宙の138億年の歴史全体にわたって発生してきました。個々のニュートリノバーストは、宇宙時間と空間にわたって統合され、宇宙に浸透する背景ニュートリノを生成しました。かすかに、すべての方向から到着し、構造形成の最初の時代から現在まで、恒星の死の完全な歴史に関する情報を運んでいます。
この拡散超新星背景放射は数十年間理論的に予測されてきました。それを検出することはニュートリノ天体物理学の次の大きな目標であり、新しい世代の深い地下検出器はそれを達成するために射程内にあります。
技術的課題
拡散超新星背景を検出することは非常に困難です。関連するニュートリノは低エネルギー（数十MeVの範囲）であり、検出器材料の1,000メートルトンあたり年間数イベント程度の速度で到着します。これら本物の天体物理学信号をreactorニュートリノ、大気ニュートリノ、および検出器内の放射性崩壊により生成される背景から分離するには、非常に純粋で極めて大きな検出器が必要であり、宇宙線背景から遮蔽するために地下深くで動作する必要があります。
日本のSuper-Kamiokande検出器はこの検索の世界的リーダーです。検出器の水体にガドリニウムを組み込む最近のアップグレードは、inverse beta decayイベントで生成されたニュートロンを特定する能力を劇的に改善しました。検出器は信号を観測するのに十分な感度に達しています。アップグレードされた検出器からの初期データは、予想される信号と一致する魅力的なヒントを示していますが、まだ決定的な検出請求に十分な統計的有意性ではありません。
検出が明らかにすること
拡散超新星背景の信頼できる検出は、いくつかの重要な物理測定をもたらすでしょう。信号の総強度は、総宇宙論的超新星率を制限します。検出されたニュートリノのエネルギースペクトルは、それらを生成した恒星崩壊の平均特性に関する情報を提供します。平均母星質量、平均崩壊ダイナミクス、およびブラックホールとニュートロン星を生成する崩壊の分数です。
これらの測定は恒星物理学、宇宙論、および元素の起源に関する基本的な質問に関わっています。超新星は宇宙のほとんどの重元素の主要な源です。鉄、ニッケル、および恒星核合成で合成され、超新星爆発で分散された要素の全スイートです。過去の超新星の速度と特性を理解することは、銀河化学進化のモデルを制限し、最終的には私たち自身のような惑星系を可能にした条件の宇宙的歴史を制限します。
