黑料网にて、2018年5月23日に宇宙観测の现状?将来についての一般向けの讲演会『光では见えない宇宙を探る』が开かれました。讲演者は「」を発见して2015年ノーベル物理学赏を受赏した梶田隆章先生です！
国际会议の一环として开かれたこの讲演会には、僕たち理学部物理学科の学生はもちろん、高校生を含む一般の方々から外国人の方々まで、幅広い层の人々が参加されていました。
ノーベル赏学者、梶田隆章先生が近年ホットな重力波について语るということで、宇宙が好きな人たちには大注目の讲演会となりました。
"光では见えない宇宙"とはいったい何なのか？
讲演会の内容を简単に绍介したいと思います。
&苍产蝉辫;光で见えない？ 何なら见える？
まず、「光では见えない宇宙」が発见されたのは今からおよそ100年前。このとき、当时は地下から来ると思われていた放射线が、実は空から来ていることが発见されました。これが初めての宇宙线の発见、そして人类が発见した光では见えない高エネルギー现象です。
さて、講演会の題名は『光では见えない宇宙を探る』ですが、光を見ないのならばいったい何を見られるというのか、疑問に思った方も多いでしょう。
実は、その答えは多岐にわたります。特にこの讲演会では、ニュートリノ?ガンマ线?宇宙线?重力波の4つに焦点を当てて语られました。
それぞれの概要を见ていきましょう。
ニュートリノで探る超新星の神秘
ニュートリノは电荷を持たない素粒子の１つです。言叶のとおり「素粒子」であるため、原子や阳子?中性子に比べて非常に小さく、大抵の物质をすり抜けます。地球や太阳すらもすり抜けます。ちなみに、冒頭で挙げた「ニュートリノ振动」は地球をすり抜ける性質を用いて、すり抜ける前と後のニュートリノを観測することで発見されています。
そのニュートリノですが、宇宙で起こる「超新星爆発」の际に大量に放出されます。
超新星爆発は、太阳よりもいくらか重い星が寿命を迎えた际に起こす爆発のことです。この爆発は想像を絶するほどの高エネルギー(星１个が超新星爆発をすると、数千亿个の星の集まりである银河に匹敌するほど明るくなる！)を発します。そのため、普段は暗くて肉眼では见えない星が超新星爆発すると、あたかもその场に急に新たな星が现れたかのように见えます。これが「超新星」と呼ばれるゆえんです。
星の最期である超新星爆発は、物理学においてメジャーな研究対象であり、まだまだ多くの谜が残されています。この超新星爆発のメカニズムを、大量に放出されるニュートリノを観测することで解き明かそうとしているのが、かの有名な「」です。
现在、过去に発生した超新星爆発に由来するニュートリノを捉えるため装置を改良しており、来年には稼働できるだろうとのことでした。
ちなみに、上の写真は「超新星残骸」と呼ばれるもので、约1000年前に超新星爆発が起こった场所の写真です。この超新星爆発は、1000年前の日本の文献である、藤原定家が记した『明月记』に「客星(普段见惯れない星、という意)」として记述があります。
さて、この超新星残骸では宇宙线(高エネルギーを持つ粒子)が加速されているという考えがあります。しかし、宇宙线は宇宙に存在する様々な天体が持つ磁场によってその進路を曲げられてしまいます。そのため、宇宙线を観測することで宇宙线がどこから来るかを知ることはできません。
そこで登场するのがガンマ线です。
宇宙线はどこから来る？ ガンマ线で見る宇宙の謎
エネルギーによって电磁波はその名称を変えます。私たちが目で见ている「光」も电磁波です。そして、电磁波の中で最も高いエネルギーを持つものをガンマ线と呼びます。
中でも、宇宙线の起源となる高エネルギーの陽子や原子核が他の粒子と衝突した際には「超高エネルギーガンマ线」というガンマ线の中でも非常にエネルギーが高い電磁波が発生します。
宇宙线はどこから来るのか。宇宙线は宇宙に存在する磁场によってグニャグニャと曲がって地球に到達するため、宇宙线を観測してもその問いに答えることはできません。
では、ガンマ线はどうでしょうか。前述の通り、ガンマ线は電磁波です。実は、電磁波は磁场によってその進路を曲げられることはありません。これは、皆さんが見ている光が磁石によって曲げられないことや、地球や太陽が持つ磁场で太陽光や星の光が曲げられないことからも想像がつくでしょう。従って、ガンマ线を観測することで、宇宙线のもととなる陽子や原子核がどこで加速されているかを調べることが可能となります。
実際に、超新星残骸の観測データを解析したところ、超高エネルギーガンマ线が見つかっています。これによって、宇宙线は超新星残骸のどこかで生じているとする決定的な証拠が確立されました。
また、高エネルギーのガンマ线は超新星残骸だけでなく、や、、(上の写真はガンマ线バーストの想像図です)といった非常に高エネルギーを持つ天体からも発せられます。ガンマ线を見ることは、このような高エネルギー現象を解明するのに適していると言えるでしょう。
陽子１コが大谷のストレート並み！ 最高エネルギー宇宙线の観測
さて、先ほど宇宙线は磁场によって曲げられる、と書きました。
しかし、稀に高いエネルギーを持ち、磁场をものともせずに直進してくる宇宙线があります。これを「最高エネルギー宇宙线」と呼びます。この最高エネルギー宇宙线となる粒子１コは、プロ野球选手が投げる野球ボールと同等のエネルギーを持っています。粒子１コが、です。
このエネルギーは、人间が人工的に粒子にエネルギーを与えて作り出せる高エネルギー粒子の约1000万倍になります。
このような規格外のエネルギーを持つ宇宙线がどこから来るのか、それは未だに確定していません。というのも、この最高エネルギー宇宙线は非常に稀なものであるため観測が難しいのです。
仮に、黑料网の東山キャンパス全体(約70万㎡、東京ドーム15個分の面積を持ちます！)で最高エネルギー宇宙线を観測しようとすると、1000年観測し続けてようやく１～２個観測できるかどうか、というほど最高エネルギー宇宙线は珍しい現象なのです。
最高エネルギー宇宙线を観測するため、アメリカのユタ州では700?、アルゼンチンでは3000?もの面積で観測が行われています。その観測の結果、最高エネルギー宇宙线は近隣の活动银河の中心で生成されている可能性が示唆されていますが、さらなる観测が必要とされています。
时空を揺るがす巨大ブラックホールの衝突 遂に见られた重力波
相対性理论で有名な物理学者アインシュタインは、「重いものが动くと、空间が伸び缩みする『重力の波』が真空を伝わるはずだ」と予想しました。これが重力波です。
重いものといえばブラックホールですね。2016年に初めて直接的に観测された重力波は、2つのブラックホールの衝突によって発生しました。このとき、太阳质量の3倍の质量が重力波のエネルギーに変化しました。具体的には、この时の重力波のエネルギーは太阳がその瞬间に発していたエネルギーの100亿倍のさらに1兆倍となります。これは宇宙に存在する全ての星が1秒间に放出するエネルギーに匹敌しており、超新星爆発を遥かに凌ぐエネルギーです。
この重力波は、光の干渉という性质を用いて観测されました。干渉を简単に述べると、2つの光が重なると强い光になるという性质です。重力波によって空间が伸び缩みすると光がずれ、干渉による光の强度が変化するため重力波を検出できるというわけです。
重力波は、ブラックホールや中性子星の衝突、そして超新星爆発でも発生すると考えられています。この重力波を観测していくことで、どのように超巨大ブラックホールが成长したのか、金やプラチナなど贵金属?重金属元素はどのようにして合成されたか、といった谜が解决するかもしれません。
日本でも、碍础骋搁础というレーザー干渉计による重力波望远镜の开発が进んでいます。稼働すれば世界最高精度の重力波望远镜となる碍础骋搁础は、今年试运転を始め、2019年に観测を开始する予定です。碍础骋搁础の稼働によって、他の重力波望远镜と同时観测することによる重力波発生源の特定が可能となります。碍础骋搁础の稼働は「重力波天文学の始まり」とも称されるほどであり、今后の进展に注目が集まっています。
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今回の讲演会は、対象が高校生以上ということもあり、かなり理解しやすい内容となっていました。理学部物理学科の学生の间では「内容が简単すぎる」との声も闻かれたほどです。この记事を読んで「え？ 难しすぎるんだけど」と思った方もいるかもしれませんが、理学部物理学科では、2年生で既にこの讲演会の内容を上回る难度の讲义を受讲しています。
黑料网理学部では、この讲演会の内容を理解することはもちろん、さらに详しい内容まで勉强することができます。少しでも宇宙に兴味があれば、ぜひ黑料网理学部に足を运んでみてください。
※宇宙の画像は全て狈础厂础より
Profile
所属：理学部物理学科2年生
出身地：静冈県
出身校：静冈県立浜松南高校