[論文レビュー] Advancing the Landscape of Multimessenger Science in the Next Decade

K. Engel, Tiffany R. Lewis+92 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2022

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、今後10年間における多メッセンジャー天文学の発展を促進する戦略的ビジョンを提示し、電磁波、重力波、高エネルギー粒子の信号のあらゆる分野で連携された多メッセンジャー観測を提唱している。MOSSAIC や CREDO といった統合的インフラストラクチャの構築を提言し、多様性、平等、包摂、アクセシビリティを重視することで、科学的協働を強化し、分野の持続的成長を確保することを目的としている。

ABSTRACT

The last decade has brought about a profound transformation in multimessenger science. Ten years ago, facilities had been built or were under construction that would eventually discover the nature of objects in our universe could be detected through multiple messengers. Nonetheless, multimessenger science was hardly more than a dream. The rewards for our foresight were finally realized through IceCube's discovery of the diffuse astrophysical neutrino flux, the first observation of gravitational waves by LIGO, and the first joint detections in gravitational waves and photons and in neutrinos and photons. Today we live in the dawn of the multimessenger era. The successes of the multimessenger campaigns of the last decade have pushed multimessenger science to the forefront of priority science areas in both the particle physics and the astrophysics communities. Multimessenger science provides new methods of testing fundamental theories about the nature of matter and energy, particularly in conditions that are not reproducible on Earth. This white paper will present the science and facilities that will provide opportunities for the particle physics community renew its commitment and maintain its leadership in multimessenger science.

研究の動機と目的

• 米国および世界規模での多メッセンジャー天文学の将来について、包括的かつ前向きな戦略を定義すること。
• 次世代の多メッセンジャー観測を可能にするために必要な、主な科学的機会と技術的進歩を特定すること。
• 重力波、高エネルギー、宇宙線検出器を含む、地上および宇宙系施設間の連携を促進すること。
• 大規模な共同研究における多様性、平等、包摂、アクセシビリティ（DEIA）の原則を活用し、包括的な科学的カルチャーを推進すること。
• CREDO や MOSSAIC のような持続的かつオープンアクセスのインフラストラクチャを確立し、世界規模の複数機器・複数メッセンジャー科学を支援すること。

提案手法

• 多メッセンジャー天文学のための中心的連携フレームワークとして、MOSSAIC（Multimessenger Science and Science Infrastructure Coordination）の概念を提唱する。
• 宇宙線および多メッセンジャーイベント検出のためのグローバルに分散されたオープンアクセスのセンサーネットワークとして、CREDO（Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory）ネットワークを提唱する。
• 電磁波、重力波、ニュートリノ分野における既存および計画中の観測施設を統合し、統一された観測戦略を構築する。
• 多様な検出器システム間での相互運用性とデータ共有プロトコルを強調し、リアルタイムおよび事後連携を可能にする。
• 多様な視点と認知スタイルを活用するマルチモダリティの専門知識の活用を推進し、大規模共同研究における科学的問題解決能力を高める。
• 平等な参加を確保するための制度的・資金的支援をDEIAイニシャチブに要請する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 今後10年間で、多メッセンジャー観測施設間の連携をどのように最適化すれば、科学的成果を最大限に引き出せるか？
• RQ2 一時的宇宙的イベントのリアルタイム多メッセンジャー追跡を可能にするために、どのようなインフラストラクチャと連携フレームワークが必要か？
• RQ3 CREDO や MOSSAIC のようなオープンで包括的かつアクセシブルな科学的ネットワークを、どのように拡大して世界規模の参加と発見を支援できるか？
• RQ4 多様性、平等、包摂、アクセシビリティ（DEIA）は、大規模な科学的共同研究のレジリエンスとイノベーション能力を強化する上で果たす役割は何か？
• RQ5 既存および将来の施設を、一体的で多メッセンジャー科学に適したエコシステムにどのように統合できるか？

主な発見

• MOSSAIC の概念は、多メッセンジャー施設間の科学的優先順位、リソース、データ共有プロトコルを統一する中心的連携メカニズムとして提唱されている。
• CREDO ネットワークは、スケーラブルでオープンかつ包括的なプラットフォームとして位置づけられ、グローバルな宇宙線および多メッセンジャー検出を可能にし、市民科学と複数機器連携を促進する。
• DEIAの原則は、科学的イノベーションの持続可能性を確保し、大規模な天文学共同研究への公平な参加を実現する上で不可欠であると特定された。
• 一時的イベントの効率的かつリアルタイムな多メッセンジャー追跡を可能にするために、異なる検出器システム間の相互運用性を向上させる必要があることが明らかになった。
• 多様な認知的・文化的視点を活用するマルチモダリティの専門知識の統合は、科学的問題解決能力と発見の可能性を高めることを示した。
• NASA および DFG からの支援が、MOSSAIC や DEIAイニシャチブの重要な要素について得られており、戦略の重要性が制度的に認識されていることを示している。