宇宙実験

研究室 研究室HP 研究者紹介
(理学部HP)
研究テーマ
山本研 home01-02 person 宇宙物理学、星間化学、分子分光学
安東研 home01-02 person 重力波を用いた天文学、および相対論基礎実験
馬場・中澤研 home01-02 馬場彩
中澤知洋
X線/ガンマ線を用いた宇宙高エネルギー現象の研究とその装置開発

物理学の原点であるニュートン力学が、惑星の運動の研究から導かれたことは言うまでもありません。同様に、20世紀の初めにアインシュタインが提唱した一般相対論は、宇宙規模での観測により検証され、ビッグバン宇宙論やブラックホールなど、宇宙を理解する壮大な描像を我々に与えてくれました。さらに最近では宇宙観測を通じ、暗黒物質や暗黒エネルギーという、現代物理学の巨大な謎が姿を現しつつあります。
 このように宇宙の実験・観測はつねに、物理学の進展に欠くべからざる役割を演じています。この認識のもと私たち研究室集団は、世界の最先端に立って、新しい実験技術を開発し、それらを駆使して宇宙を実験的・観測的に探求し、そこに新しい物理現象や法則性を追求しています。まずは表1を用い、この様子を概観しましょう。
 研究手法から宇宙実験を分類するには、自然界に存在する4つの基本的な力(電磁力、重力、弱い力、強い力)のどれに重点を置くかを考えるのが有効です。狭義の天体観測には、電磁波(電磁力の媒体)が圧倒的に多用されます。いっぽう100年前に発見された宇宙線の主体は、強い力に感じる粒子(陽子、中性子、π中間子など)なので、それらの研究では強い力が主役となります。さらに重力の伝搬である重力波や、弱い力のみに感じる粒子(ニュートリノや、ある種の暗黒物質の候補粒子)が、今後は新しい媒体として大きな役割を演じると期待されています。
 宇宙物理学を、扱う現象に注目して分類することもできます。すると、 (1) 宇宙そのものの性質や進化を究明する宇宙論的な研究、(2)宇宙と素粒子論との関係に注目した研究、(3) 星やその集団、あるいは星間ガスの演じる物理現象に焦点を当てる研究、 (4)一般相対論に直結した研究、(5)粒子加速やエネルギー非等分配の研究、などと大別できるでしょう。また分類の3番目の軸となるのは、実験や観測を行う環境です。私たちは、地上、高山、地下(放射線環境や振動を下げるため)、宇宙空間(ロケットや衛星を利用)など、さまざまな場所で最先端の研究を推進しています。
「広義の物理学専攻」では、私たち基幹講座の研究室に加えて、東京大学宇宙線研究所 (協力講座として) およびJAXA宇宙科学研究所 (学際理学併任講座として) が参加し、宇宙の実験観測のほぼ全テーマを網羅しています。この様子を、図1に示します。宇宙物理学は、もっとも国際性の高い学問分野の一つでもあり、多くの外国グループと多彩な共同研究を展開していることは、言うまでもありません。その他にも私たちは、同じ理学系研究科内では天文学専攻、ビッグバン宇宙国際研究センター、地球惑星科学専攻などと、また国立天文台、理化学研究所などの学外機関とも、緊密に連携してます。

  4つの力 現象 場所 キーワード







(番号は
本文参照)





安東研究室       (4)      重力波, 連星中性子星, レーザー干渉計
山本研究室     (3)      星形成, サブミリ波観測, 星間物質
馬場・中澤研究室     (3,5)      X線, 科学衛星, ブラックホール
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図1:A8サブコース全体のイメージ。

【安東研究室】

重力波は光速度で伝搬する「時空のさざなみ」である。重力波をとおして宇宙を見ることにより、光や電波では良く見えないブラックホールや中性子星 の核心に迫ることができる。また重力波は、宇宙の誕生(ビッグバン)直後を見ることができる唯一の手段であると考えられている。私たちは高感度なレーザー 干渉計を開発・建設し、それを用いて「重力波天文学」を実現しようとしている。宇宙空間での重力波観測に向けた準備研究も推進している。

tsubono
レーザー干渉計型の重力波検出器「TAMA300」の、鏡懸架部分。
東京都三鷹市にある国立天文台キャンパスで稼働中。

【山本研究室】

山本研究室では、電波(ミリ波、サブミリ波、テラヘルツ波)の観測により、星間分 子雲からの星形成・惑星系形成を研究している。特に星間物質に着目し、星間分子雲から惑星系に至る物質進化を理解することを目標としている。また、そのために必要な観測装置の開発も行っている。

yamamoto
富士山頂に設置したサブミリ波望遠鏡でとらえた、「おうし座分子雲」における炭素原子の分布。

【馬場・中澤研究室】

本研究室では、宇宙航空研究開発機構 (JAXA) などと協力し、宇宙X線の観測装置を開発し、科学衛星に搭載して、宇宙からのX線やガンマ線(大気で吸収されてしまう)を研究しています。現在は2005年に打ち上げられた日本5機目のX線衛星「すざく」を用い、ガスを吸い込むブラックホールの性質、中性子星の磁場の起源、銀河団を満たす超高温プラズマの動力学などをテーマに、世界トップレベルの研究を推進しています。さらに国内外と協力し、2015年年度末に日本6機目のX線衛星として打ち上げ予定の、ASTRO-Hを開発しています。日本最大の科学衛星で、画期的なX線観測性能を誇り、国際的な注目を集めるこの衛星には、6つの装置が搭載され、そのうち私たちが担当するのは、X線イメジャー装置と軟ガンマ線検出器という2つの新鋭装置です。

maxima
JAXAのM5ロケット6号機による、宇宙X線衛星「すざく」の打ち上げ。
2005年7月10日、鹿児島県内之浦より。
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