いつの間にか凄いことになっていた日本の電子顕微鏡「磁場」をかけない電子顕微鏡は何が見えるのか？
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2019.6.20（木）
JBpress

　（小谷太郎：大学教員・サイエンスライター）

　2019年5月22日、東京大学と日本電子の研究者が、画期的な電子顕微鏡を開発したと発表しました＊1。
　プレスリリース＊2によると、試料に磁場をかけないこの電子顕微鏡は「88年の常識を覆す」といいます。

　電子顕微鏡という、光を用いない顕微鏡が発明されたのは1931年のことです。
　それ以来88年間、電子顕微鏡技術は革新を繰り返し、「常識を覆し」続けてきました。
　現在では、透過型電子顕微鏡をはじめとする各種顕微鏡技術は、原子より小さな構造を映し出し、生体分子の生きた活動を捉え、立体構造を浮かび上がらせることができます。

　しかし「88年の常識を覆す」といわれましても、「電子顕微鏡は磁場を用いる」という常識を持ち合わせている方が電子顕微鏡業界の外にはたしてどれほどいらっしゃるでしょうか。
　記事を打っていて、漠（ばく）たる不安に襲われます。やはりそのあたりの常識はあらかじめ共有しておかないと、うまく覆ってくれない気がします。

　この電子顕微鏡とはどんな技術で、今回の発明はどれほど画期的なのか、今回は常識から解説しましょう。

　＊1：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10281-2
　＊2：http://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_201905271401148880553756.html

　・私たちが生きているのも顕微鏡のおかげ
　　顕微鏡の見せてくれるミクロな世界は美しくも感動的です。
　一滴の水の中には微細な生物が泳ぎ回り、土くれや砂埃は光り輝く宝石の粒となり、葉っぱを拡大して見れば細胞が整然と並んで息づいています。

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【4月18日 Xinhua News】
中国の南京大学は13日、同校の天文学者らが参加した研究により、連星中性子星の合体でマグネターが誕生する可能性が初めて証明されたと発表した。中国科学技術大学物理学院天文学部の薛永泉（Xue Yongquan）教授を筆頭研究者とする研究チームの得られた成果は11日、英科学誌「ネイチャー」のオンライン版に掲載された。

　ブラックホールの誕生は、天体物理研究における長年の謎である。これまでは連星中性子星の合体によってブラックホールが誕生するとの見方が主流だったが、一部の学者はこれを疑問視していた。2006年には南京大学の戴子高（Dai Zigao）教授らが、連星中性子星の合体によって、質量が大きい別の中性子星を作り出す可能性があることを示していた。この中性子星は磁場が非常に強力で、地球の磁場の1億倍から1000兆倍となっており、自転速度も速く、周期がミリ秒級で、一般にマグネターと呼ばれている。

　南京大学天文・空間科学学院の羅斌（Luo Bin）教授は、「マグネターが存在するかどうか、これまでの天文観測では証明できなかった」と語った。

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(c)Xinhua News/AFPBB News

https://afpbb.ismcdn.jp/mwimgs/9/8/-/img_9809e7992f6a09d84a14f99b3e769b0668251.jpg

https://www.afpbb.com/articles/-/3221014

地磁気とは地球内部のコアによって発生している磁場のことであり、南極側がN極、北極側がS極となっています。いくつかの動物は地磁気を感知して利用することが知られていましたが、これまでのところ人間が磁場を感知できるのかどうかは明らかになっていませんでした。カリフォルニア工科大学の生物学・生物工学部教授である下條信輔氏らの研究チームは、人間の脳波を観察しながら磁場を変化させる実験を行い、「人間が磁場を感じ取ることができる」という証拠を発見したと発表しました。
https://i.gzn.jp/img/2019/03/19/human-magnetic-sense-scientists-find/03_m.jpg

Transduction of the Geomagnetic Field as Evidenced from Alpha-band Activity in the Human Brain | eNeuro
http://www.eneuro.org/content/early/2019/03/18/ENEURO.0483-18.2019

New evidence for a human magnetic sense that lets your brain detect the Earth's magnetic field
https://theconversation.com/new-evidence-for-a-human-magnetic-sense-that-lets-your-brain-detect-the-earths-magnetic-field-113536

Scientists Find Evidence That Your Brain Can Sense Earth's Magnetic Field
https://www.livescience.com/65018-human-brain-senses-magnetic-field.html
https://i.gzn.jp/img/2019/03/19/human-magnetic-sense-scientists-find/img-snap09477_m.png

コンパスのN極が北を向くのは地磁気の働きによるものですが、地磁気は地球の表面においてはかなり弱く、せいぜい冷蔵庫に貼り付くマグネットの100分の1程度の磁力しかありません。しかし、地球には磁場を感じ取り、ナビゲーションに役立てている動物も存在します。たとえば渡り鳥やウミガメといった動物は、地球の磁場を利用して方角や場所を判断しています。

その一方で、人間が磁場を感知できるのかどうかという疑問には、長年にわたって答えが出ていませんでした。人間が磁場を感知できるという説に好意的な研究結果もあれば否定的な結果もあり、何十年にもわたって意見の一致を見なかったとのこと。

長らく人間の磁場感知能力について確かな意見が出なかったのは、過去の研究の多くが「日常的な人間の感覚」に頼っていたからだと研究チームは考えています。ほぼ全ての人間は日常生活において磁場を意識することはなく、たとえ磁場が日常生活に影響を及ぼしていたとしても、それは無意識的か非常にかすかなものにとどまります。そこで、生物学者や認知神経学者などを含んだ下條氏らの研究チームは別のアプローチを取り、神経科学的な証拠を発見しようと試みました。
https://i.gzn.jp/img/2019/03/19/human-magnetic-sense-scientists-find/01_m.png

研究チームは成人した34人の被験者に導体で囲まれた特殊なファラデーケージに座って目を閉じてもらい、被験者の脳波を観察しました。ファラデーケージはワイヤーに電流を通すことで制御された磁場を発生させることが可能な造りとなっており、研究チームはケージ内の磁場を自由に操ることができたとのこと。ファラデーケージに特殊な磁場を発生させていない状態では、実験が行われた場所である北緯60度の位置に等しい磁場がケージ内にかかっていたそうです。

通常、人々の日常生活で頭をくるりと回したり、前後の向きを入れ替えたりすると、脳に対して磁場の方向が相対的に変化します。

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GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20190319-human-magnetic-sense-scientists-find/

億光年彼方で発生したガンマ線バーストのスペクトル解析や理論計算から、ガンマ線バーストを引き起こした極超新星に光速の30%以上もの高速成分が付随することなどが明らかになった。極超新星が光速ジェットにより起こる爆発現象であるという理論を支持する成果である。
【2019年1月24日 京都大学／レスター大学／アンダルシア天体物理学研究所】

宇宙で最も高エネルギーの爆発現象であるガンマ線バースト（とくに継続時間が数秒以上のもの）は、太陽が100億年かけて放出するエネルギーを軽々と上回るほどの莫大なエネルギーが数秒～数十秒程度の間に放出される。そのうち一部のガンマ線バーストは、超新星を伴って現れることが知られている。そのような超新星には、高速膨張する超新星放出物質によって作られる性質が見られることから、通常の超新星の10倍以上の爆発エネルギーを持つ「極超新星」と解釈されている。

標準的なモデルでは、ここまで激しい超新星爆発を説明することができない。そのため、非常に高速で回転するなど特殊な条件を満たした星が、一生の最期に中心部でブラックホールか非常に磁場の強い中性子星を形成し、それに伴って光速に近い速度のジェットが形成されるというモデルが提唱されている。

このモデルでは、ジェットのエネルギーの大部分が星全体を吹き飛ばすこと（極超新星の発生）に使われ、一部はほぼ光速に近い速度を保ったまま星を突き抜けてガンマ線を放出すること（ガンマ線バーストの発生）が示されている。この仮説が正しければ、光速に近い速度のガンマ線バーストのジェット成分と光速の10%程度の速度を示す極超新星成分のほかに、光速の数十%程度の速度の「コクーン」（cocoon：繭）が存在すると予測されるが、これまでの極超新星の観測でコクーン成分は確認されていなかった。

■ガンマ線バーストと極超新星の想像図（提供：Anna Serena Esposito）
http://www.astroarts.co.jp/article/assets/2019/01/15529_illustration.jpg

2017年12月5日、コップ座の方向でガンマ線バースト「GRB 171205A」が発生した。地球からの距離は約5億光年と、ガンマ線バーストとしては史上3番目の近さで、このような近傍ガンマ線バーストは10年に1回程度しか発生しない貴重な現象である。

京都大学の前田啓一さん、スペイン・アンダルシア天体物理学研究所のLuca Izzoさんたちの研究グループは、口径10mのスペイン・カナリア大望遠鏡と口径8mのチリ・VLT望遠鏡を用いて、可視光線波長におけるGRB 171205Aの詳細な追観測を即座に開始した。すると、ジェットとは異なる、主に可視光線で光る成分が爆発直後から存在することが確認された。

さらに、ガンマ線バースト発生の1日後には、極超新星で見られるような幅の広い吸収線が現れ始め、超新星「SN 2017iuk」と名づけられた。これまでガンマ線バーストに付随する超新星由来の成分が発見されたのは、最も早い例でも爆発の5日後であったことから、今回の観測は非常に重要な機会となる。

■コップ座の渦巻銀河に発生したGRB 171205A・SN 2017iuk（提供：カナリア大望遠鏡）
http://www.astroarts.co.jp/article/assets/2019/01/15530_sn2017iuk.jpg

アストロアーツ
http://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/10433_sn2017iuk

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（提供：Izzo et al. (2019) Nature、京都大学） 

http://www.astroarts.co.jp/article/assets/2019/01/15531_spectrum.jpg