氷の下からの異常信号：ANITAの科学的謎、PUEO新ミッションによる解明へ

南極大陸の氷床上空で、約10年前に科学機器ANITAが捉えた現象は、物理学の標準モデルに挑戦する、まさに異例の出来事でした。現在、この長年の科学的謎が、解決の瀬戸際に立たされています。新たな独立した調査と、最先端の観測実験PUEO（Payload for Ultrahigh Energy Observations）の展開により、科学界は謎めいた信号の正体解明へ、かつてないほど近づいています。

この異常現象の核心は、本来存在するはずのない信号の検出にあります。

2016年から2018年にかけて、高高度気球に搭載された無線アンテナアレイであるANITA（Antarctic Impulsive Transient Antenna）実験は、水平線より約30度低い角度から飛来した一連の電波インパルスを捉えました。この観測結果は、信号の発生源が氷床の遥か深部にあることを示唆していました。

仮に信号が氷床の深部から来たのであれば、その電波は数千キロメートルに及ぶ密度の高い地球内部を通過しなければならず、その過程で完全に吸収されるはずでした。したがって、この観測結果は物理学的に極めて不自然なものでした。

ANITAの本来の目的は、宇宙から飛来する超高エネルギーニュートリノを検出することでした。ニュートリノが氷と相互作用することで生じるアスカリヤン効果による電波放射を捉える設計だったのです。しかし、観測された異常信号は、期待されるニュートリノの特性とは一致しませんでした。

この数年間、ANITAのデータを独立して検証するための大規模な取り組みが進められ、この謎めいた話に重要な新たな詳細が加わりました。アルゼンチンのピエール・オジェ観測所（Pierre Auger Observatory）との比較検証です。ピエール・オジェ国際共同研究チームは15年分のデータを分析しましたが、ANITAが捉えたような異常な事象の痕跡は見つかりませんでした。オジェ観測所の広大な検出面積を考慮すると、ANITAが地球を貫通する新しい粒子の流れを検出した可能性は大きく疑問視されています。ANITAの主任研究員であるペンシルベニア州立大学のステファニー・ヴィッセル氏は、「我々の新しい研究は、長期間の露出を伴う実験では同様の事象が観測されていないことを示唆しています。これは新しい物理学を示すものではなく、むしろ全体像に情報が追加されることを意味します」と述べています。この事実は、異端な説明よりも、より「地に足のついた」原因を探る方向へと焦点を移しています。

現在検討されている主な仮説は以下の通りです。

• 未知の電波伝搬効果：多くの科学者が最も有力と考える説明は、南極の氷床や極域大気の不均一な構造における、複雑な電波の反射や屈折といった効果が、信号の軌道を歪めたというものです。
• 標準模型を超える仮説：ダークマターに関連する新種の粒子や、ニュートリノの特殊な形態（ニュートリノ）などが検討されましたが、裏付けがないため可能性は低いと見られています。

状況の最終的な解明への期待は、ANITAの後継機であるPUEO実験にかかっています。NASAの「Astrophysics Pioneers」ミッションとして、マクマード基地から2025年12月に打ち上げられたPUEOは、ANITAの課題を克服するための大幅な改良が施されています。

ANITAと比較したPUEOの主な改善点は以下の通りです。

• 感度：10倍に向上し、史上最も高感度な超高エネルギー宇宙ニュートリノ探索を可能にします。
• フェーズドアレイによる干渉計トリガー：新しいシステムにより、微弱な有用信号を背景ノイズからより正確に分離できるようになります。
• アンテナと航法の改善：アンテナの実効面積が2倍になり、新しい慣性航法システムによって信号到来方向の精度が大幅に向上しました。

PUEOは、同様の異常事象を多数検出できれば、その性質を詳細に研究して正体を突き止めることができます。あるいは、それらが全く検出されなければ、ANITAの観測が系統的な誤差、あるいは一度限りの特殊なアーティファクトであったことを裏付け、この問題に終止符を打つことになります。

ANITAの異常の謎を解明することは、それ自体が目的ではありません。これは高エネルギー天体物理学全体の分野にとって極めて重要な一歩となります。

ステファニー・ヴィッセル氏は、「これは現在、長引いている謎の一つです」と語ります。「PUEOが飛行を開始すれば、我々はより高い感度を得られるため、これらの異常をより深く理解できるようになるでしょう。これはバックグラウンドノイズの理解を深め、最終的には将来のニュートリノ検出へと繋がる大きな前進となるはずです」。PUEOによる最初のミッション結果は、早ければ2026年中に公表される見込みです。