レーザーコムと新しい近赤外線分光器による、110億年前の微細構造定数の精密測定

• 研究課題/領域番号: 18K18760
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
• 研究機関: 宮城教育大学
• 研究代表者: 西山 正吾 宮城教育大学, 教育学部, 准教授 (20377948)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 天文学 / クエーサー / 赤外線 / 分光 / 物理定数 / クェーサー

研究成果の概要

本事業では、クエーサーの観測を用いた約110億年前の微細構造定数の測定を目指していた。しかし新型コロナ感染拡大により、観測に必要なすばる望遠鏡の新レーザーガイド星システムの開発が間に合わず、クエーサーの観測を実施できなかった。
その間、巨大ブラックホールによる強い重力下における微細構造定数の測定を目指し、銀河系の中心にある星の観測を進めた。その結果、強い重力下における微細構造定数の変化の初検証を行うことができた。微細構造定数の変化はみられず、変化に対して6x10のマイナス6乗という制限を得ることができた。また地球と銀河系中心の間で、微細構造定数に変化は10のマイナス4乗以下、という結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在の理論は、微細構造定数を含む物理定数が宇宙の歴史で変わらない、と仮定している。もしこの仮定が間違っていたら、様々な理論を再検証する必要がでてくる。
本研究は当初、宇宙初期(約110億年前)の微細構造定数の測定を目標にしていた。しかし新型コロナウイルスの影響で、装置の開発が遅れ、観測を実行できなかった。そのため、巨大ブラックホールの近くの強い重力場、という別の極端な環境での物理定数(微細構造定数)の変化の検証を行った。私たちの研究は、強重力場という極端な環境での初めての検証である。そのような環境でも、微細構造定数は変化していない、という結論が得られた。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Los Angels(米国)
• [国際共同研究] ソルボンヌ大学(フランス)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)
• [雑誌論文] Fiber-fed high-resolution infrared spectroscopy at the diffraction limit with Keck-HISPEC and TMT-MODHIS: status update (2022)
  • 著者名/発表者名: Mawet, Dimitri、 Fitzgerald, Michael P.、et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 12184 ページ: 61-61
  • DOI: 10.1117/12.2630142
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] AO3000 at Subaru: combining for the first time a NIR WFS using First Light’s C-RED ONE and ALPAO’s 64x64 DM (2022)
  • 著者名/発表者名: Lozi Julien、Ahn Kyohoon、Clergeon Christophe、Deo Vincent、Guyon Olivier、Hattori Takashi、Minowa Yosuke、Nishiyama Shogo、Ono Yoshito .、Vievard Sebastien
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 12185 ページ: 1218533-1218533
  • DOI: 10.1117/12.2630634
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The WISSH quasars project. X. Discovery of a multi-component and highly variable UV ultra-fast outflow in a z = 3.6 quasar (2022)
  • 著者名/発表者名: Vietri, G.; Misawa, T.; et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 668
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The physical origin for spatially large scatter of IGM opacity at the end of reionization: The IGM Lyα opacity-galaxy density relation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto Rikako、Kashikawa Nobunari、Kashino Daichi、Ito Kei、Liang Yongming、Cai Zheng、Yoshioka Takehiro、Okoshi Katsuya、Misawa Toru、Onoue Masafusa、Takeda Yoshihiro、Uchiyama Hisakazu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 515 号: 4 ページ: 5914-5926
  • DOI: 10.1093/mnras/stac1972
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exploratory Study of the Transverse Proximity Effect around BAL Quasars (2022)
  • 著者名/発表者名: Misawa Toru、Ishimoto Rikako、Kobu Satoshi、Kashikawa Nobunari、Okoshi Katsuya、Noboriguchi Akatoki、Schramm Malte、Liu Qiang
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 933 号: 2 ページ: 239-239
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac7715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Testing Fundamental Physics With Stellar Orbits at the Galactic Center (2021)
  • 著者名/発表者名: Do, T.; Hees, A.; Ghez, A.; et al.
  • 雑誌名: Astronomical Society of the Pacific 巻: 528 ページ: 249-254
  • 国際共著
• [雑誌論文] The COS-legacy survey of C?<scp>iv</scp> absorbers: properties and origins of the intervening systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Manuwal Aditya、Narayanan Anand、Udhwani Purvi、Srianand Raghunathan、Savage Blair D、Charlton Jane C、Misawa Toru
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 505 号: 3 ページ: 3635-3654
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1556
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The X-rays wind connection in PG?2112+059 (2021)
  • 著者名/発表者名: Saez C、Brandt W N、Bauer F E、Chartas G、Misawa T、Hamann F、Gallagher S C
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 506 号: 1 ページ: 343-356
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple Mg ii Absorption Systems in the Lines of Sight to Quadruply Lensed Quasar H1413+1143 (2021)
  • 著者名/発表者名: Okoshi Katsuya、Minowa Yosuke、Kashikawa Nobunari、Misawa Toru、Kashino Daichi、Sugai Hajime、Matsubayashi Kazuya、Shimono Atsushi、Ozaki Shinobu
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 162 号: 5 ページ: 175-175
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ac0bbb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MCMC-based Voigt Profile Fitting to a Mini-BAL System in the Quasar UM 675* † (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishita Dai、Misawa Toru、Itoh Daisuke、Charlton Jane C.、Eracleous Michael
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 921 号: 2 ページ: 119-119
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac14b4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Andrea Ghez教授と巨大ブラックホール：ノーベル物理学賞受賞によせて (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 雑誌名: 天文月報 巻: 114 ページ: 12-15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A Comparison of Properties of Quasars with and without Rapid Broad Absorption Line Variability (2020)
  • 著者名/発表者名: Horiuchi Takashi、Morokuma Tomoki、Misawa Toru、Hanayama Hidekazu、Kawaguchi Toshihiro
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 159 号: 5 ページ: 237-237
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab83f5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for intrinsic NALs in BAL/mini-BAL quasar spectra (2020)
  • 著者名/発表者名: Itoh, Daisuke; Misawa, Toru; Horiuchi, Takashi; Aoki, Kentaro Abstract
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 499 号: 3 ページ: 3094-3110
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2793
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mg ii and Fe ii Fluxes of Luminous Quasars at z ? 2.7 and the Evaluation of the Baldwin Effect in the Flux-to-abundance Conversion Method for Quasars (2020)
  • 著者名/発表者名: Sameshima Hiroaki、Yoshii Yuzuru、Matsunaga Noriyuki、Kobayashi Naoto、Ikeda Yuji、Kondo Sohei、Hamano Satoshi、Mizumoto Misaki、Arai Akira、Yasui Chikako、Fukue Kei、Kawakita Hideyo、Otsubo Shogo、Bono Giuseppe、Saviane Ivo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 904 号: 2 ページ: 162-162
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abc33b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of surface gravity on line-depth ratios in the wavelength range 0.97?1.32?μm (2020)
  • 著者名/発表者名: Jian Mingjie、Taniguchi Daisuke、Matsunaga Noriyuki、Kobayashi Naoto、Ikeda Yuji、Yasui Chikako、Kondo Sohei、Sameshima Hiroaki、Hamano Satoshi、Fukue Kei、Arai Akira、Otsubo Shogo、Kawakita Hideyo
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 号: 2 ページ: 1724-1734
  • DOI: 10.1093/mnras/staa834
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Search for a Variation of the Fine Structure Constant around the Supermassive Black Hole in Our Galactic Center (2020)
  • 著者名/発表者名: Hees A.、Do T.、Roberts B.M.、Ghez A.M.、Nishiyama S.、Bentley R.O.、Gautam A.K.、Jia S.、Kara T.、Lu J.R.、Saida H.、Sakai S.、Takahashi M.、Takamori Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 号: 8 ページ: 081101-081101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.081101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A significant feature in the general relativistic time evolution of the redshift of photons coming from a star orbiting Sgr?A* (2019)
  • 著者名/発表者名: Saida Hiromi、Nishiyama Shogo、Ohgami Takayuki、Takamori Yohsuke、Takahashi Masaaki、Minowa Yosuke、Najarro Francisco、Hamano Satoshi、Omiya Masashi、Iwamatsu Atsushi、Takahashi Mizuki、Gorin Haruka、Kara Tomohiro、Koyama Akinori、Ohashi Yosuke、Tamura Motohide、Nagatomo Schun、Zenko Tetsuya、Nagata Tetsuya
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 6 ページ: 120-120
  • DOI: 10.1093/pasj/psz111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Probing quasar winds using intrinsic narrow absorption lines (2019)
  • 著者名/発表者名: Culliton Chris、Charlton Jane、Eracleous Mike、Ganguly Rajib、Misawa Toru
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 488 号: 4 ページ: 4690-4731
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1642
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of our local motion on the Sandage-Loeb test of the cosmic expansion (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuya Inoue, Eiichiro Komatsu, Wako Aoki, Takeshi Chiba, Toru Misawa, Tomonori Usuda
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1093/pasj/psz131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First Detection of A-X (0,0) Bands of Interstellar C2 and CN (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamano Satoshi、Kawakita Hideyo、Kobayashi Naoto、Takenaka Keiichi、Ikeda Yuji、Matsunaga Noriyuki、Kondo Sohei、Sameshima Hiroaki、Fukue Kei、Yasui Chikako、Mizumoto Misaki、Otsubo Shogo、Watase Ayaka、Yoshikawa Tomohiro、Kobayashi Hitomi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 881 号: 2 ページ: 143-143
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2e0f
  • 査読あり
• [雑誌論文] The infrared Doppler (IRD) instrument for the Subaru telescope: instrument description and commissioning results (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kotani, M. Tamura, J. Nishikawa, A. Ueda, M. Kuzuhara, M. Omiya, J. Hashimoto, M. Ishizuka, T. Hirano, H. Suto, T. Kurokawa, T. Kokubo, T. Mori, Y. Tanaka, K. Kashiwagi, M. Konishi, T. Kudo, B. Sato, S. Jacobson, K. W. Hodapp, D. B. Hall, W. Aoki, T. Usuda, S. Nishiyama, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10702 ページ: 11-18
  • DOI: 10.1117/12.2311836
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Correction of Near-infrared High-resolution Spectra for Telluric Absorption at 0.90-1.35 μm (2018)
  • 著者名/発表者名: Sameshima, H., Matsunaga, N., Kobayashi, N., Kawakita, H., Hamano, S., Ikeda, Y., Kondo, S., Fukue, K., Taniguchi, D., Mizumoto, M., Arai, A., Otsubo, S., Takenaka, K., Watase, A., Asano, A., Yasui, C., Izumi, N., Yoshikawa, T.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: 989 号: 989 ページ: 074502-074502
  • DOI: 10.1088/1538-3873/aac1b4
  • 査読あり
• [学会発表] An Old Star Very Close to the Galactic Supermassive Black Hole (2022)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: Subaru Users Meeting FY2021
  • 国際学会
• [学会発表] 星の近赤外線スペクトルを用いた、強重力環境における物理法則の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: 第26回天体スペクトル研究会
• [学会発表] KバンドのLine Depth Ratioを用いた晩期型巨星の有効温度の決定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉原実祈、西山正吾
  • 学会等名: 第26回天体スペクトル研究会
• [学会発表] 銀河系の中心にある大質量コンパクト天体の発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: ブラックホール磁気圏研究会2021
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear Star Cluster and Hidden Clusters at the Galactic Center (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: JASMINE Consortium Meeting 2020
  • 招待講演
• [学会発表] 近赤外線観測による銀河系中心領域の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: 天の川銀河研究会2020
  • 招待講演
• [学会発表] Metallicity of late-type stars very close to the Galactic supermassive black hole (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Nishiyama
  • 学会等名: New Horizons in Galactic Center Astronomy and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] 銀河系中心核バルジの隠れた星団の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: JASMINE Consortium Kick-off Meeting
• [学会発表] 近赤外線広視野観測による銀河系バルジの研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: (近)赤外線広視野サイエンスワークショップ
• [学会発表] 巨大ブラックホールを周回する星を用いた、ブラックホール重力場における相対論効果の検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山正吾
  • 学会等名: 「超巨大ブラックホール研究推進連絡会」第６回ワークショップ
• [学会発表] Properties of Narrow Absorption Line Systems in AGN Outflow (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Misawa, M. Eracleous, J. C. Charlton, N. Kashikawa, C. Saez, G. Chartas, F. E. Bauer, N. Inada, H. Uchiyama
  • 学会等名: Subaru 20th Anniversary
  • 国際学会
• [学会発表] 近赤外線高分散分光器WINERED: データ解析パイプラインの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 濱野哲史, 近藤荘平, 鮫島寛明, 福江慧, 新井彰, 河北秀世, 大坪翔悟, 竹中慶一, 渡瀬彩華, 池田優二, 小林尚人, 松永典之, 安井千香 子
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] Diffuse Interstellar Bands: Cosmic Shadow of Interstellar Molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: 濱野哲史
  • 学会等名: Cosmic Shadow 2018 -クェーサー吸収線系でみる宇宙-
• [学会発表] WINERED: Current status, Problems & Upcoming Updates (2018)
  • 著者名/発表者名: 濱野哲史
  • 学会等名: WINERED研究会2018
• [図書] すばる望遠鏡とTMTが結ぶ新たな宇宙像 (2020)
  • 著者名/発表者名: 青木和光 他(編), 西山正吾(分担執筆)
  • 総ページ数: 92
  • 出版者: 自然科学研究機構国立天文台
• [備考] Constants Still Constant Near Black Holes
  • URL: https://physics.aps.org/articles/v13/s28