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ダークマターの予言者(その1)
先般の発表(2012年7月4日)で、‘最後の素粒子’:ヒッグス粒子の存在がほぼ確実となった。(参照:弊ブログの2012年7月8日号:‘ヒッグス粒子か 発見’)

この素粒子の存在の確認は、宇宙の成り立ちの解明に繋がるだけに、ノーベル賞は確実とされている。

特に、宇宙全体の構成を考える場合、それぞれの星雲の中にある星の動きの観測から、何でそれぞれの星が星雲から外に飛び出さないのかを疑問に思った天文学者がいる。

ヴェラ・ルービンさんである。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%B4%E3%82%A7%E3%8
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ヴェラ・ルービン(Vera (Cooper) Rubin, 1928年7月23日 - )はアメリカ合衆国の天文学者。暗黒物質(dark matter)の存在を指摘した。

フィラデルフィア生まれ。幼いころから天文学に興味があり、高校生のときには天体望遠鏡を自作。1948年にヴァッサー大学卒業後、プリンストン大学で学ぶことを希望していたが女性であったために入れず、コーネル大学でフィリップ・モリソンやリチャード・P・ファインマン、ハンス・ベーテの下で物理学を学んだ。1954年にはジョージタウン大学においてジョージ・ガモフの下で学んだ

現在はカーネギー・インスティテュート・オブ・ワシントン(Carnegie Institution of Washington)で研究を続けている。全米科学アカデミー会員。彼女の4人の子供全員も自然科学や数学の分野で活動している。



アンドロメダ大星雲だけでも約2,000億個以上の恒星が存在するという。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83
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アンドロメダ銀河

アンドロメダ銀河
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%89%E3%83%AD%E3
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地球から約254万光年の距離に位置し、およそ1兆個[1]の恒星から成る渦巻銀河である。直径22~26万光年[2][3]で、直径8~10万光年である我々の銀河系(天の川銀河)よりも大きく、局部銀河群で最大の銀河。また、M33と共に、肉眼で見える最も遠い物体である(M33の距離に幅があるので、どちらが遠いかはわかっていない)。
「アンドロメダ星雲」[4]、「アンドロメダ大星雲」[5]、「アンドロメダ座大銀河」[1][3][6]などとも呼ばれている。



ヴェラ・ルービンさんは、今年の7月23日が来れば、御歳満84歳であるが、未だにお元気でご活躍ということらしい。

彼女が、今後天文学というよりむしろ物理学上の最大の話題:課題となるであろう‘ダークマター’の存在預言者である。

‘ダークマタ―’とは何か?

ダークマターの存在がなかったら、‘地球が存在し得ない!’というから‘一大事である!’そして、ヒッグス粒子という‘質量’を与える粒子がなかったら、これまた地球は存在し得ない!

‘ヒッグス粒子’が見つかったとされる今、世界中の物理学者が、このダークマターの存在を確かめるべく躍起となっている。

そのトップグループの一角を担っていて世界中から注目されているのが、我が日本のチームである。
この実験機構は、東京大学宇宙線研究所・神岡宇宙素粒子研究施設の中に存在する‘XMASS’という組織(?)である。代表者は、鈴木洋一郎・東大教授である。

Xmassnotitle5.gif
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/xmass/darkmatter.html

ダークマターとは?

宇宙の組成ー2
宇宙で目に見える物質はたった4%

 宇宙が何でできているかを調べてみると、われわれが知っている、陽子や中性子など”目に見える”(観測されている)物質は全体の約4パーセントにすぎません。その5~6倍は未知の物質(ダークマター)が占めていると考えられます。残りはダークエネルギーと呼ばれている正体不明のものです(図1)。これまで観測に利用されてきたのは、光やX線、赤外線などの電磁波ですが、”暗黒”物質というのは、電磁波での観測では見ることができないため、”暗黒(ダーク)”という呼び名がついています。

ダークマター存在の証拠はいくつもある

渦巻き銀河
 ダークマターは様々な観測からその存在が示唆されてきました。1970年代後半、渦巻き銀河の回転速度分布を観測し、銀河内の明るい星や星間ガスではない、光では観測できないが重力を感じる物質の存在を立証しました(図2)。また、非常に重い物質(すなわち大きな重力)があると光が曲げられる、という「重力レンズ効果」からもダークマターの存在を示す証拠が得られています。

宇宙の成り立ちと密接に関わるダークマター

図3

 さらに、現在の宇宙は、銀河、銀河団、何もない空洞などが複雑に連なった大規模構造を形作っていることがわかってきました。この成り立ちは次のように考えられています。初期の宇宙のわずかなゆらぎ(図3)からダークマターの密度に差が生じ、密度の濃いところは重力によってさらにダークマターを引き寄せていき、しだいに目に見える物質であるチリやガスも引き寄せ、やがて星や銀河が形成されていきました。このようにダークマターは宇宙の成り立ちに非常に密接に関わっているのです。

観測の成功は新しい物理と宇宙の謎の解明につながる

 ダークマターの正体は分かっていませんが、これらの観測事実からいくつかのその性質が推測されます。(1)電荷を持たず、(2)非常に重く、(3)安定である、ことです。このような物質は、現在われわれが知っている素粒子では説明ができません。新しい理論に基づく、未発見の素粒子が必要となります。その候補の一つがニュートラリーノと呼ばれる素粒子です。
 
 われわれの身の回りにもダークマターは1リットル当たり約1個ほど存在すると考えられています。しかし、いまだ実験的に直接捕えられていません。ダークマターの直接観測は、現在の宇宙物理の最も大きな課題の一つです。直接観測に成功すれば、その正体を解明する手がかりが得られます。そして、ダークマターの正体が分かれば、宇宙創成メカニズムの理解が大きく進展すると考えられます。

検出原理

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液体キセノンはダークマターをとらえやすい

 XMASS(エックスマス)実験は、液体キセノン(約-100℃)を詰めた検出器でダークマターを直接とらえます。
  液体キセノン検出器には、次のような特徴があります。(1)発光量が多く、(2)1トンクラスの大型化が容易、また、(3)液体、気体、固体の各相が利用できるため内部のバックグラウンドのもとであるウランやトリウムなどを極端に少なく出来ることです。ダークマターがキセノン原子核と弾性散乱する際にエネルギーの一部を落とし、液体キセノンがエネルギーに比例して発光します。発光された光は液体キセノンを囲んだ多数の光電子増倍管で捕らえます。

photon-track.gif



(つづく)




























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[2012/07/15 10:12] | サイエンス | トラックバック(0) | コメント(0) | page top
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