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2013年9月16日 (月)

クォークから中性子星の構造解明へ道筋

2013年9月14日
独立行政法人理化学研究所
学校法人日本大学
国立大学法人京都大学
国立大学法人筑波大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 「中性子星」は、質量の大きな恒星の
進化の最終段階でおこる超新星爆発で
生まれます。
 
 銀河系内でも、すでに2000個近く発見
されています。
 
 太陽とほぼ同じ重さですが、半径が、
太陽が約70万kmなのに対しわずか10kmと
極端に小さく、したがって中心密度が
1cm3あたり1兆kgという超高密度な星です。
 
 角砂糖1個くらいの大きさで1兆kgなんて
とても想像がつきませんね。
 
 中性子星の表面は原子核や電子でできて
いて、内部に進むにつれて原子核が融けて
一様な物質になっているとされています。
 
 しかし、その内部構造は謎のままです。
 
 理研の研究者を中心とした共同研究
チーム「HAL QCD Collaboration」は、
中性子星の内部構造の謎解きに果敢に挑戦
しました。
 
 そのためには、中性子星の内部の
超高密度状態を表す「状態方程式」を
導き出す必要があります。
 
 まず研究チームは、これまで蓄積して
きた、物質の究極の構成要素である
「クォーク」同士に働く強い力の数値データ
を、スーパーコンピュータを使った大規模な
数値シミュレーションで統合し、陽子や
中性子(核子)の間に働く「核力」を
求めました。
 
 次に、その計算結果と、強く相互作用
する核子が集合したシステムを取り扱う
「ブルックナー理論」を用い、
超高密度物質のエネルギーと圧力との関係
を示す状態方程式を世界で初めて理論的に
導き出しました。
 
 さらに、この状態方程式と
一般相対性理論を使って、中性子星の構造
を計算します。
 
 その結果、数値シミュレーション上で
クォーク質量を仮想的に変化させた時、
中性子星の質量と半径の関係や、
強い重力場でブラックホールになる寸前の
中性子星の性質などが、どのように変わる
かを求めることに成功しました。
 
 クォークの運動を支配する理論としては
南部陽一郎博士が提唱した「量子色力学」
があります。
 
 今回の中性子星の構造解明も出発点は
量子色力学でした。
 
 しかし、そこから直接、状態方程式を
導き出すのは不可能です。
 
 そこで研究チームは、クォークの質量
を仮想的に変化させることができ、
実験では得られない豊富な情報を
シミュレーションで引き出すことができる
「格子ゲージ理論」を使いました。
 
 これによって陽子や中性子の質量の
精密な計算が可能になります。
 
 特に、研究チームは同理論を用いて
陽子や中性子の間に働く核力の性質を解明
する方法を考案しており、これらが今回の
状態方程式の理論的導出に大きな役割を
果たしています。
 
 今回の成果を、今後、X線や電波による
中性子の観測や、重力波を用いた
中性子星合体現象の観測データと
突き合わせることで、超高密度な物質の
構造解明につながると期待できます。
 
 
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 素晴らしい。ロマンです。
 久しぶりに感動です。
 
 中性子星ってすごい星なんですね。
 
>数値シミュレーション上でクォーク質量
>を仮想的に変化させた時、中性子星の
>質量と半径の関係や、強い重力場で
>ブラックホールになる寸前の中性子星の
>性質などが、どのように変わるかを
>求めることに成功しました。
 すごいです。
 
 クォークから中性子星の構造解明へ
 さらに精密に解明されていくことを
大いに期待したい。
 
 日本の素粒子論のレベルは高いん
ですね。
 
 うまくいくとノーベル賞かな?
 違うかな?
 
 私的には大いに興味あり。

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