宇宙の進化の謎を探る

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宇宙の進化の謎を探る

大学院理学研究院・大学院理学院 教授

羽部

は べ

朝男

あさお

(理学部物理学科)

専門分野 : 宇宙物理学

研究のキーワード : 銀河,初期宇宙,宇宙の構造形成

HP アドレス : http://astro3.sci.hokudai.ac.jp/~habe

何を目指しているのですか?

宇宙の中で銀河の形成と進化の物理的な過程を研究しています。ビックバンで膨張を開 始した初期宇宙はほぼ一様な状態であり、銀河や星は形成されていません。そのような宇 宙から、銀河がいつごろどのように形成され進化してきたのかを明らかにする事を目指し ています。初期宇宙ではインフレーションと呼ばれる過程で、極小さな密度揺らぎが作ら れたと考えられています。この小さな揺らぎの証拠は、宇宙背景放射の観測から見つかっ ています。この揺らぎが、宇宙の膨張とともに成長して銀河が形成され、星が形成されま した。星の中心の核融合によって元素の合成が進み、その元素が超新星の爆発によって宇 宙空間にまき散らされ、その後の惑星の形成や生命の誕生につながったと考えられます。 初期宇宙には水素とヘリウムしかなかったので、このような過程が無かったら、地球や生 命のもとになる元素ができなかったのです。私たちの研究室では、宇宙の密度揺らぎから 銀河が形成される過程や、銀河の中でガスから星が形成される過程を理論的に研究してい ます。ダークマターの密度揺らぎの重力によって物質が集められ、銀河が形成される過程 は大変複雑で、スーパーコンピュータによる膨大な計算が必要になります。宇宙のエネル ギーの70%以上がダークエネルギーであり、23%がダークマターで、我々の体を作ってい るような普通の物質はわずか4%に過ぎません。この理由は解っていません。この宇宙の 組成は銀河形成や進化と密接な関係にあると考えられています。こうしたことからダーク マターの揺らぎの成長による構造の形成の研究は現在、盛んに取り組まれている研究分野 なのです。

どのように研究しているのですか?

スーパーコンピュータを使って、初期宇宙を計 算機の中に再現して研究しています。宇宙の現象 は数十億年もかけて起こるため、この時間経過を 観測できません。また空間スケールも膨大なため 実験もできません。スーパーコンピュータを使え ば、様々に条件を変えて現象がどのように起こる のか、その特徴はどのようなものか、どのように 観測することが可能なのかなどを調べる事ができ ます。一方、スーパーコンピュータを使っても計

出身高校:北海道立美唄東高校

最終学歴:北海道大学大学院理学研究科

天体

エリザベス・タスカー助教

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算は膨大であり、計算には、モデル化が必要です。モデル化とは、実際に起こる物理現象 のすべてを再現する事を目指すのではなく、私たちの研究で言えば、銀河が形成され進化 する過程で重要と思われる物理過程を考慮することです。どの物理過程が重要であるのか、 どのようにモデル化するのかが、研究上とても大切になります。その際に、効率よくスー パーコンピュータを使う事も大切です。私たちの研究室では、イギリス人のエリザベス・ タスカー助教が着任して、最適化階層格子法による数値流体計算が可能になりました。こ れは、物質が集中して銀河が形成される領域について、詳しい計算を可能にする非常に優 れた方法です。これを使って、これまで以上に詳しい計算が可能になり、これでまで謎だっ た、星形成のもとになる分子雲が銀河の中でどのように形成されるのか、それと銀河の性 質とはどのように関連するのかを詳しく研究できると期待しています。

次に何を目指しますか?

ダークエネルギーとダークマターが宇宙のエネルギーの大半を占めているのは、なぜな のでしょうか。この疑問の解明は一気には進まないでしょう。まず、ダークマターやダー クエネルギーの正体を明らかにすることが大切です。宇宙で最初の星や銀河の形成を調べ、 ダークマターやダークエネルギーの影響を明らかにする事が大切だと考えています。その ためにも、銀河における星形成について、よく理解する必要

があります。近傍宇宙の銀河の星形成の研究も大切だと考え ています。この点では、世界中が協力して完成を目指してい る ALMA(Atakama Large Millimeter/Submillimeter

Array)という電波干渉計の成果に注目しています。これは

これまでに無い高い解像力で星形成の元になる分子雲を観測 する事ができます。また、次世代の宇宙望遠鏡や口径数十m の巨大な地上望遠鏡の計画があり、その成果を念頭に置きな がら研究を進めたいと思っています。

宇宙の密度揺らぎから銀河が形成される過程の数値シミュレーション

左:密度揺らぎの成長の初期段階。右:密度揺らぎから形成されたばかりの銀河。(Saito et al. 2006 より)

宇宙のエネルギーの割合

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参照

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