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東邦大学理学部
物理学科 宇宙物理学教室

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今、宇宙物理学では何が…

私達の宇宙

私達の宇宙

私達の宇宙には、多くの星が存在していますが、これらの星は勝手ばらばらに散らばっているのではありません。何千億個もの星が集まって銀河となり、その銀河がさらに集合して、銀河群や銀河団と呼ばれるさらに大きな構造が形づくられています。
私達の太陽系も、このような銀河の一つである「天の川銀河」の一部なのです。宇宙や銀河の中には、さらに、ブラックホールや中性子星などのアインシュタインの一般相対性理論でなければ精確に記述されないような天体も存在しています。

宇宙物理学教室では、ブラックホールや中性子星がどのようにして誕生したのか、そして、我々の住む宇宙が、どのように始まり、どのように現在の姿に至ってきたのかを明らかにすることを目指して研究を行なっています。

宇宙を調べよう

野辺山宇宙電波観測所

宇宙について調べる方法は沢山ありますが、その代表的なものは、星や銀河などから私達のもとに届いてくる光を望遠鏡で捉えることです。

光は1秒間に地球を7周半できるほど速く進みますが、その光でさえ何十億年もかかるような遠くにも銀河などの天体は存在します。このような遠くから届いた光は、天体を出発したのは何十億年も前になるので、それだけ過去の姿を私達は見ていることになります。
野辺山宇宙電波観測所

つまり、光によって遠くの宇宙を見ることは、そのまま宇宙の過去をさかのぼることにもなるのです。そして、様々な距離から届く光を調べていくと、宇宙の歴史についての手がかりを得ることができるのです。

宇宙を調べる方法は光だけではありません。
ニュートリノと呼ばれる素粒子や、時空のさざなみである重力波による宇宙の観測は、光による観測からは得ることのできない、ブラックホール近傍や中性子星内部の情報を得ることが可能です。ひょっとしたら、宇宙の最深部を重力波によって探ることすら可能になるかもしれません。

光って何だろう

光

光というと、目に見える光(可視光と呼ばれます)がまず頭に浮かびますが、実は光にはその他にもいろいろな種類があります。ラジオや携帯電話に欠かせない電波も、レントゲンで使われるX線も、波長が可視光とは違うだけで、みんな光の仲間、電磁波なのです。

実際、星や銀河からは、可視光をはじめとして、電波やX線など、いろいろな波長の光が飛んできていて、それぞれに専用の望遠鏡が作られています。日本でも、可視光・近赤外線のすばる望遠鏡や電波の野辺山望遠鏡などが活躍中ですし、X線や中間・遠赤外線では人工衛星を使った観測が進められています。

可視光では見ることのできない私達の体の内部が、X線では見えるようになるのと同じように、違った波長の光はそれぞれ宇宙の違った姿を私達に見せてくれます。

X線で宇宙を探るHitomi衛星(Astro-H)の解説記事

重力波とは?

NASA
NASA
重力波とは、一般相対性理論がその存在を予言する、光の速さで伝わる時空のさざなみです。
電磁気学でいえば電磁波に相当しますが、電磁波が、電磁場の源である荷電粒子の加速度運動によって発生するのに対して、重力波は、重力、あるいは時空を曲げる源である質量(エネルギー)が激しい運動をすることで発生します。
より詳しい解説が「ガリレオの部屋」の「ついに解かれたアインシュタインからの宿題」にあります。

ガリレオの部屋

ついに解かれたアインシュタインからの宿題

宇宙と物理学

こうして得られた宇宙の姿を、理論的に説明したり整理したりするための、とても強力な武器が、物理学です。特に宇宙のはじまりを明らかにする上では、物質を構成する小さな素粒子について探究することも不可欠です。

この研究室では、様々な観測から得られる情報を組み合わせながら、素粒子物理を含めた広い視野を持って、宇宙の歴史を明らかにしていきます。