2013年07月18日09:29
揭開“暗能量”之謎
——第二大主題是“查明暗能量的性質”，據認為宇宙加速膨脹的原因是“暗能量”。據說宇宙能量密度的約74％是暗能量。TMT為查明暗能量的性質，決定“直接測量宇宙膨脹率”，這怎麼來實現？
家：准確地說，是“測量膨脹率是否在變化”。
宇宙的膨脹減速或加速，那麼膨脹速度就會變化。如果速度變化，遙遠的銀河和類星體（*5）的紅移也會變化。
利用這種現象，TMT首先將非常精密地測量遙遠銀河和類星體的速度。然后，在10年后、30年后再次測量，如果宇宙真在加速膨脹，那麼可以實際測得速度變化。
不過，“查明暗能量的性質”在技術上還很難做到，因此這是三大主題中最有野心的目標。面臨的課題是今后証明可行性。
莫納克亞山山頂的望遠鏡群和TMT（右）的完成構想圖。
*5 類星體
類星體是落入質量大約是太陽1億倍的黑洞中的氣體發光、釋放出強烈光芒、亮度相當於銀河系約2000億個恆星的天體。在遙遠的宇宙上也可以觀測到，根據其光譜可以獲得類星體與地球間物質的信息
觀測宇宙大爆炸約2億年后的第一顆星和銀河
——通過直接測量膨脹率變化，如何“查明暗能量的性質”?
家：暗能量的本質是什麼尚未弄清。但通過掌握膨脹率變化，可以掌握暗能量的作用方式。由此可以了解“有多大量”、“能量和作用方式隨時代如何變化”等。
暗能量可以跟基本粒子一樣，用大型加速器進行調查。這個概念隻在宇宙論的范圍內在宇宙年代的范圍內成立。因此，隻能從天文學上進行調查。可以直接調查的唯一方法是利用TMT的方法。
——第三大主題是“找出宇宙中誕生的第一顆星”，昴星團望遠鏡發現了距離我們124億光年∼129億光年（宇宙誕生以后8億∼13億年）的銀河。據認為第一顆星誕生於宇宙大爆炸約2億年后，那麼用昴星團望遠鏡應該無法觀測到。觀測第一顆星的意義何在？
家：在計算機上採用很多物理法則，可以模擬出宇宙大爆炸后是如何演化的。在宇宙大爆炸38萬年后，宇宙變冷，此前飛濺的質子與電子結合在一起，以中性氫的形態充滿宇宙（宇宙放晴）。在此之前是“黑暗時代”，沒有像星星一樣自主發光的物質。
其中，從“暗物質”（由元素構成、質量是普通物質的5∼6倍）（*6）的分布變化推測，物質聚集在暗物質濃的地方（重力增大的地方），由此推測第一顆星和銀河可能誕生於2億∼3億年后。
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| TMT將觀測比昴星團望遠鏡發現的129億光年還遠的“第一顆星和銀河”（宇宙大爆炸約2億∼3億年后的宇宙） 國立天文台提供 |
*6 暗物質
尚未確認的不明物質。利用“光量”和“波動”兩種方法計算后發座星系團的總質量，結果嚴重不同，從而首次發現存在“不發光的質量源”。據預測整個宇宙中含有暗物質的物質約佔30％。
“不實際觀測”，就無法証實
——從模擬圖像來看，感覺“確實如此！”
家：不過，誰都沒見過當時的宇宙。很多理論學者將模擬結果做成了影像，看上去好像見過，但“不實際觀測”，就無法証實是不是真的如此。
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| 星星降落的莫納克亞山山頂。位於昴星團望遠鏡和凱克望遠鏡上方的兩顆明亮星星是木星和金星（右），再往上是昴星團。 |
因此，才要從宇宙的源頭開始探索第一顆星是如何產生的、星系團是如何形成的、孕育我們生命的行星是如何誕生的等等問題。
TMT的一大主題便是實際觀測。 （日經技術在線！ 供稿）
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