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暗黒が支配する宇宙

暗黒が支配する宇宙
~理論が明らかにする宇宙の現在・過去・未来~
杉山 直氏
(名古屋大学大学院理学研究科教授、東京大学数物連携宇宙研究機構主任研究員)


杉山直(すぎやま・なおし)
1961年ドイツ生 早稲田大学卒業
東京大学助手 カリフォルニア大学バークレー校研究員、京都大学助教授 国立天文台教授を経て現職
理学博士 専門は宇宙論

●研究のきっかけは

杉山先生ははじめ、物質の究極を解明し宇宙の成り立ちを知りたいということで、素粒子論を研究されていました。しかしその後、それならば宇宙そのものを研究しようと思われ、今は宇宙全体をテーマとする宇宙論の分野を研究されているそうです。

●宇宙論とは何か

宇宙論とは、宇宙「そのもの」を研究する分野です。つまり、「銀河」や「惑星」などの特定の対象があるわけではなく、たった一つのこの宇宙が生まれてから、どのように現在の姿に発展してきたかを中心に研究するものです。そのなかで一般相対性理論などから数式を用いて理論的に研究する分野(杉山先生はこちらです)と、宇宙の様子を望遠鏡で観測して、データを得る分野があります。その二つを比較して、宇宙の姿を解明していくそうです。


●宇宙論の大問題

宇宙論には、未だ解決されていない問題が2つあります。1つはダークエネルギー(暗黒エネルギー)についてです。ダークエネルギー自体については、ほとんど分かっていません。しかし、現在宇宙は徐々に加速しながら膨張していることが観測によって分かっていて、その原因となっているのではないかと予想されています。もう1つはダークマター(暗黒物質)と呼ばれているものです。(これについてもほとんど分かっていませんが)、宇宙の中の重力の釣り合いを考えた場合、何か重力の原因となっているものが必要であることから、存在があるのではないかと考えられている物質です。また、ダークマターは超対称性粒子というものであるという説や(スイスとフランスの国境にある「LHC」という大型加速器の内部で作り出せる可能性があるそうです)、最近ではヒッグス粒子だという説を唱えている研究者もいます。しかしその二つと今知られている元素の割合は、ダークエネルギーが約74%で、ダークマターが約22%と、正体不明のものだけでほとんどを占め、我々の知っている元素はたったの4%しかないということが分かっています。

●マイクロ波背景放射(宇宙背景放射)とは

宇宙背景放射は、宇宙のありとあらゆる方向から現在も地球にふりそそいでいる電波のことで、宇宙の起源と考えられている、ビッグバン理論(宇宙が火の玉から始まったという理論)の証拠になると考えられているものです。これは、どの方向を観測してもほとんど同じように分布しています。波長はおよそ数㎜のマイクロ波と呼ばれるもので、温度に直すとおよそ3K(-270℃)です。
なぜこのようにとても低い温度が、宇宙が超高温の火の玉だったという証拠になるかというと、宇宙が膨張することで、高温の物体が発する短い波長の光が、空間の膨張とともに伸ばされ、現在の低温で長い波長の電波になったと考えられるためです。


●宇宙の過去・現在・未来

宇宙のすべてはビッグバンから始まりました。その直後に、電子やクォークなどの素粒子ができ、1万分の1秒頃からは原子核を構成する陽子・中性子など核子と呼ばれるものが存在しはじめ、3分が過ぎた頃にヘリウム原子核が誕生し、38万年になると水素やヘリウムの原子核が電子を捕まえて原子が誕生しました。その後、星が生まれてから、炭素や鉄など重い元素も生まれ、今に至っています。
では、今後の宇宙はどうなっていくのでしょうか。それはダークエネルギーの性質によって決まります。今分かっていることから推測すると、3つの可能性が考えられます。ダークエネルギーがずっと存在し続けたとすると、宇宙はどんどん膨張を続けて、やがて空っぽな状態になります(銀河などは存在し続けますが、お互いの距離がものすごく離れてしまいます)。ただし宇宙は無限の時間存在し続けます。しかし、宇宙の加速を加速させるような別の種類のダークエネルギーが存在をし続けた場合、有限の時間内に空間が張り裂けて、宇宙の終わりが来ると考えられています。また、ダークエネルギーが将来、崩壊する可能性もありますので、その時は、ひょっとしたら宇宙が潰れるかもしれません。


●これからの研究目標

杉山先生のこれからの研究目標は、ダークエネルギー・ダークマターの正体に迫ることだそうです。それらのものが宇宙にどのように影響を与え、どのような宇宙を創っていくのかを明らかにしてみたいとおっしゃっていました。

このほかにも興味深いお話をたくさんしていただきます。是非聞きに来てください!!

 

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