東京大学 原子核科学研究センター

Center for Nuclear Study, The University of Tokyo

山口研究室

宇宙核物理

宇宙において星が輝き、超新星などの爆発現象が起こるメカニズムは、原子の中の小さな原子核の働きによって説明できます。 大きな宇宙に浮かぶ天体と、微小な原子核を結びつける研究分野が「宇宙核物理」です。 宇宙核物理の一つの大きな目的は、我々の住む地球や生物の体を構成している元素が一体どこでどうやって 作られたのかという根本的な疑問に答えることです。ビッグバンから3分後、宇宙の温度は原子核反応が起こる温度領域まで冷え、 最初の元素合成が起こります。 その後宇宙には多くの星が生まれ、その中で軽い元素から重い元素が生成されてきましたが、 星の誕生から終焉までの運命を支配しているのは主に原子核の力です。

天体の中で起こる重要な核反応は、星の観測のみでは理解できませんので、 加速器を使った核反応測定が盛んにおこなわれ、理解が進んできました。 しかし、天体の中の莫大な数の原子が高密度で存在している状況を、地上の加速器実験でシミュレートするのは容易ではありません。 困難の主な理由は、天体温度に相当するエネルギーが、加速器や核物理の典型的なエネルギーと比べて低いこと、 それに、爆発天体の中では、地上では通常存在しないような「不安定核」が大きな役割を果たす場合があることです。

山口研究室/ 宇宙核物理グループでは、爆発天体温度の不安定核ビームを生成できるユニークな装置「CRIB」を使って、 世界の研究者と共に、様々な宇宙の謎の解明に取り組んでいます。宇宙で最初の元素合成、ビッグバン元素合成には、 観測されているリチウム元素の存在量を現在の理論モデルで説明できないという大きな問題があります。また、 宇宙で頻繁に起こる爆発現象、X線バーストにおいて、陽子過剰の元素合成(rp-process)がどのように進行するかには 不定性が大きく、X線バーストの光量の再現を難しくしています。銀河からくるアルミニウム-26原子核由来 のガンマ線は大量に観測されていますが、どのような天体がその源となっているかは明らかではありません。 山口研究室はこのような多様な問題に取り組み、重要な成果を挙げつつあります。

世界的にも宇宙核物理は核物理研究の一大テーマとなっており、山口研究室は日本に軸を置きながら、 きわめて国際的な研究環境の中で、ユニークな研究を推進しています。

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図:ビッグバン元素合成反応研究のための「トロイの木馬法」測定の実験装置