Home広島大学宇宙科学センター長?特任教授 大杉 節
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平成21年10月28日
73亿光年前のガンマ线バースト天体现象を解析
アインシュタイン相対性理论の适用限界に挑戦
― フェルミガンマ線宇宙望遠鏡日本チーム、国際研究チーム ―
広島大学、JAXA/ISAS、東京工大のフェルミガンマ線宇宙望遠鏡(1)日本チームおよび国際研究チームは、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡が平成21年5月10日に捉えた(宇宙航空研究開発機構JAXA/ISAS の大野雅功研究員がモニター当番中に検出)約73億光年(2)の彼方で発生したガンマ線バースト(ＧＲＢ)と呼ばれる天体現象を解析し、ＧＲＢ観測史上最高エネルギーである310億電子ボルトのガンマ線(可視光のエネルギーは数電子ボルト)を検出しました。さらにこのガンマ線が73億光年の長旅をしても、エネルギーの低いガンマ線の到着とほぼ同時であることを確認しました。
この観测结果は、アインシュタインの相対性理论が非常に微小な领域まで厳密に成立していることを表わします。量子重力理论が予想する时空の泡状构造効果は、もっとミクロな领域でのみ働くことを要求し、理论の构筑に强い制限を与えることになります。
この観測結果の論文は、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡国際共同研究チームの成果としてNature誌オンライン版 (3)に10月28日(アメリカ東部時間)に掲載されます。
现代物理学の2大基础理论は相対性理论と量子力学ですが、时间?空间(时空)を记述する理论としてこの両者を统一する理论の构筑には相対性理论の修正が必要と考えられています。今回の観测では、アインシュタインの相対性理论の基础である「真空中では光速度はエネルギー(波长)に依らず一定」という原理が、非常に高いエネルギーまで精度よく成立することを検証しました。
水やガラス等の物质中では光速度がエネルギー(波长)によって异なります。これによりプリズムで七色の虹が観测されます。同様に真空中でも时空の量子构造(时空が连続的ではなく最少単位长さの泡状构造がある)のためわずかですが同様な効果(光速度の分散)が期待されます。特に非常にエネルギーの高い光では、この効果が大きく出る可能性があります。速度差がわずかでもあれば、73亿光年の长距离を伝わることで到着时刻に大きな差が出るはずです。
しかし今回の観测测定では、310忆电子ボルトの高エネルギーガンマ线(波长が非常に短い(4))が73亿光年の长距离を伝搬しても、低エネルギーガンマ线と比较した到着时刻差が非常に小さいことを确认し、エネルギー(波长)による速度差は、非常に小さくなければならないということを明らかにしました。
脚注
(1)広岛大学を中心とする日本チームが开発に大きな贡献をし、狈础厂础が平成20年6月に打ち上げたガンマ线卫星。
(2)このガンマ线バーストは、南米チリにある痴尝罢望远镜の観测で、ＧＲＢが起こった母银河の距离が测定され73亿光年と确定しました。
(3)Nature オンライン版10.1038/nature08574
(4)300亿电子ボルトのガンマ线の波长は、约10兆分の1ｍｍ
论文日本人着者
広島大学: 大杉節 深沢泰司 水野恒史 山崎了 片桐秀明 高橋弘充 上原岳士 花畑義隆
JAXA :大野雅功 高橋忠幸 尾崎正伸
東京工業大学: 河合誠之 浅野勝晃 中森健之
早稲田大学: 片岡淳
SLAC国立加速器研究所: 釜江常好 田島宏康 内山泰伸 田中孝明 林田将明
ペンシルバニア州立大学: 当真賢二
日本フェルミ?ガンマ線宇宙望遠鏡 web page
http://www-heaf.hepl.hiroshima-u.ac.jp/glast/glast-j.html
参考论文
"A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects"
(量子重力効果による光速の変化に対する制限)
論文責任者: 大野 雅功(ISAS/JAXA), Jonathan Granot (イギリス, ハートフォードシャー大学), Sylvain Guiriec (アメリカ, アラバマ大), Veronique Pelassa (フランス, モンテペリエ大)
ネイチャー誌に掲载(オンライン版10.1038/苍补迟耻谤别08574)
その他、补注、补助?参考説明
注1)光は、波长が短いほどエネルギーが高く、波长とエネルギーは逆比例の関係にあります。
注2)ガンマ线バーストは短时间、エネルギーの高い光であるガンマ线で明るく辉きすぐに消えてしまう天体现象で、非常に远くで起こるエネルギーの高いある种の爆発现象です。
注3)相対性理论は时空が连続であること(无限に小さく分割可能である)を仮定しています。量子力学はミクロの世界の力学を记述するためにニュートン力学を修正したもので、エネルギーに最小の単位があり、例えば光は振动数に基础物理定数であるプランク定数ｈをかけた単位のエネルギーを持つ粒子として扱います。したがって光の强さはその整数倍になります。时空にも最少长さ(プランク?スケール)という量子构造があれば、プランク?スケールという极微の世界では相対性理论を修正して量子重力理论を作らなければなりません。その场合、光速度が时空の量子化のためにエネルギー依存性を持つことが考えられます。
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