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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、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。

宇宙を調べる

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見せていることになります。つまり、遠くの宇宙を観測すれば、宇宙の進化についての手がかりを得ることができるのです。

「光」による宇宙の観測

「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。

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」がやってきます。私達の体の内部がX線で見えるようになるように、違った波長の「光」で宇宙を観測からはそれぞれ違った宇宙の姿を知ることができます。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、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。

「すばる望遠鏡」研修のページ

「野辺山望遠鏡」研修のページ

X線で宇宙を探るHitomi衛星(Astro-H)の解説記事

「重力波」による宇宙の観測

NASA
credit:NASA

宇宙を調べる方法は光だけではありません。2015年についに直接検出された重力波によっても宇宙の違った姿を探求することができます。

重力波とは、一般相対性理論からその存在が導かれる、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、電磁波が荷電粒子の運動によって発生するのに対して、重力波は時空を曲げる源である質量の運動によって発生します。

重力波による宇宙の観測からは、光からは得ることのできない、ブラックホールなど極限天体の情報も得ることが可能になります。もしかすると、宇宙の最深部を探ることすら可能になるかもしれません。

  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

宇宙の探求に必要な物理学

 こうして得られた宇宙の姿を理論的に説明し、背後にあるさらなる謎を探求するためのとても強力な武器が物理学です。宇宙物理学研究室では、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。