What will be revealed with PFS? / PFSで目指すサイエンス


— From Masahiro Takada (IPMU)

Today we would like to introduce what we can study with PFS!

The PFS project aims at three major scientific objectives.

One of them is cosmology, in particular the nature of the so-called dark energy that is causing an accelerating expansion of the Universe. Its discovery earned 2011 Novel Prize in Physics. However, the discovery led to major new puzzles: why the Universe is accelerating and where does it lead us? Since Newton’s and Einstein’s gravity is known as an attractive force, gravity can only “pull” the expansion to slow down. Hence cosmic expansion is the biggest mystery in cosmology. What is “pushing” the Universe to speed it up? The PFS aims at measuring the history of cosmic expansion, from deceleration to acceleration era, with an unprecedented accuracy, forecasting the fate of the Universe and the number of its remaining years.

The second scientific objective is to reveal the earliest moments of the baby galaxies and how they evolved to the present mature Universe. It is well known that the Universe went through the dark ages, after the initial fireball of the Big Bang fizzled but before the cosmic dawn when the first stars were born. The way the primordial gas and first stars assembled into galaxies and their central supermassive black holes is still not understood. Furthermore, the galaxies underwent the period of active star formation, which mysterious shut off billions of years ago. The PFS instrument is specifically designed to study the history of galaxies in an uninterrupted way from their births to their midlife.

The third scientific objective is to understand the history of our own galaxy: the Milky Way. Combining with the data from the GAIA satellite that is being operated by the European Space Agency (ESA), the PFS instrument can map out locations and motions of millions of stars, revealing where they came from and how they were sucked in by the gravitational pull of the smaller Milky Way in the past. As if we reversely watched a movie, we can uncover the origin and formation processes of the Milky Way by studying the motions of stars of various ages in great detail. Furthermore, this study will give us a clue to the nature of dark matter, which should have played an important role in building the Milky Way.

690958main_p1237a1 (galaxies of various age: cited from NASA)


高田昌広 (IPMU) 著

今回はPFSで行う天文学を紹介します。

PFSプロジェクトには3つの大きな科学的な目標があります。

まず一つ目は宇宙論、特に宇宙の加速膨張にかかわっていると言われるダークエネルギーの謎を解明する事です。2011年のノーベル物理学賞の受賞理由となった宇宙の加速膨張の発見は、同時に「なぜ宇宙は加速しているのか、そしてどうなるのか」という新たな疑問の始まりでもあります。ニュートン、アインシュタイン以来重力は万有引力です。引力で宇宙膨張を減速させるはずの重力が、どのようにして膨張を後押しし加速させるのか、そのメカニズムは物理学・宇宙論における最大の謎です。PFSは減速から加速に変遷する宇宙膨張の歴史を前例のない正確さで計測することにより、宇宙の将来を予測することを目指します。

第二の目的は銀河の誕生と進化についての謎を解明することです。ビッグバンによる火の玉状態が収まった後、宇宙の夜明けである最初の星の誕生までの間に、宇宙に“暗黒時代”があったことはよく知られています。しかし原始ガスと最初の星から銀河やその中心にある巨大ブラックホールが形成したメカニズムはいまだ解き明かされていません。更に、銀河では活発な星の形成が数十億年前になぜか停止したのです。PFSは様々な時代の銀河を観測し、そういった銀河の誕生からの歴史を途切れなく調査できるように設計されています。

最後の目的は我々の天の川銀河の形成史を理解することです。現在運用中の欧州宇宙機関(ESA)のGAIA衛星とPFS装置を組み合わせることによって、数百万もの星の位置と運動を測定することができるようになります。また、星の分光データの解析により、星(少なくとも星の集団)がいつ形成されたのかを推定することができます。異なる年代の星々の運動について、ムービーを逆再生するように紐解くことにより、我々の天の川銀河の形成過程、起源を解明することを目指します。さらに、形成過程で重要な役割を果たしているはずのダークマターの痕跡を探ります。

690958main_p1237a1 (様々な時代の銀河:NASAより引用)


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *