2022年 | プレスリリース?研究成果
クォーク物質を重力波で探る －中性子星合体後の重力波から超高密度物質の痕跡を読み取る－
【本学研究者情报】
〇大学院理学研究科 物理学専攻
助教 富樫 甫（とがしはじめ）
准教授 古城 彻（こじょうとおる）
【概要】
理化学研究所（理研）数理创造プログラムのホワン?ヨングジア研修生、开拓研究本部长瀧天体ビッグバン研究室の长瀧重博主任研究员（理研数理创造プログラム副プログラムディレクター）、大阪大学インターナショナルカレッジのバイオッティ?ルカ准教授、东北大学大学院理学研究科の古城彻准教授らの国际共同研究グループは、连星中性子星[1]の合体に対して一般相対性理论[2]に基づいた数値シミュレーションを行い、合体后に放出される重力波[3]の波形から1肠尘3当たり1兆办驳を超える超高密度物质の性质が详细に読み取れることを示しました。
本研究成果は、重力波天文学において、中性子星の内部构造や超高密度物质の性质の解明に贡献すると期待できます。
中性子星の中心部のような超高圧下では、中性子や阳子からなるハドロン物质[4]が徐々に融解することで、素粒子からなる新物质（クォーク物质[5]）が连続的に现れるとする「ハドロン?クォーク连続性[6]」という理论予想があります。
今回、国际共同研究グループはこの理论予想に基づき、连星中性子星合体の一般相対论に基づいた数値シミュレーションを世界で初めて実行し、合体后高速回転する中性子星から放出される重力波を详细に解析しました。合体后の超高圧状态が（1）ハドロン物质のままとどまる、（2）ハドロン物质が一次相転移[7]を経て、クォーク物质が突然现れる、（3）ハドロン物质が徐々にクォーク物质に変化する、という3パターンのシミュレーション结果には、高速回転运动を特徴付ける重力波の周波数に明らかな违いが出ることを突き止めました。
本研究は、科学雑誌『Physical Review Letters』オンライン版（10月26日付：日本時間10月27日）に掲載されました。
図1 ハドロン?クォーク連続性の概念図
低密度（低圧力）下では、クォーク（赤?青?緑の丸）は阳子や中性子（点线で囲まれたハドロン）中に闭じ込められているが、高密度（高圧力）下では、クォークがハドロンから徐々にしみ出して、最终的にはクォーク物质に変わる。
【用语解説】
[1] 連星中性子星
中性子星は、太阳の1～2倍程度の质量を持つにもかかわらず、その半径が10办尘程度の高密度星である。その中心部は、1肠尘3あたり1兆办驳を超える超高密度状态であると考えられている。このような中性子星二つが互いの重力により结合したものが连星中性子星で、电波観测などによって银河系内にも20个程度の中性子星が発见されている。
[2] 一般相対性理論
アインシュタインが1915年に発表した重力理论。重力相互作用を时间や空间（あわせて时空と呼ばれる）のひずみとして取り扱う。ビッグバン宇宙やブラックホール、中性子星などの説明に不可欠の理论である。
[3] 重力波
时空のひずみが波として伝わる现象。アインシュタインが一般相対性理论を発表した直后に予言し、约100年后の2015年にブラックホールの合体からの放出が観测され、その存在が直接的に証明された。
[4] ハドロン物質
私たちの体を构成する原子は、中心にある原子核とそのまわりを取り囲む电子から构成されている。原子核は阳子、中性子、中间子からなり、これら叁つあるいは二つのクォークが结合してできる粒子を総称してハドロンと呼ぶ。阳子、中性子、π中间子などは、アップクォークとダウンクォークでできたハドロンの典型例であるが、他にもさまざまなハドロンが存在する。これらのハドロンが多数集まってできた物质をハドロン物质と呼ぶ。中性子星の表面から地下数办尘までは、ハドロン物质でできていると考えられている。
[5] クォーク物質
クォークは物质を构成する最も基本的な素粒子で、质量の軽い顺にアップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップの6种类がある。中性子星の中心部のような超高圧下では、通常の物质が融解してクォークからできた新物质（クォーク物质）が出现すると理论的に予想されている。このクォーク物质は、カラー超伝导と呼ばれる状态になっている可能性があるが、その性质は未解明である。
[6] ハドロン?クォーク連続性
ハドロン物质に圧力をかけると、徐々にクォークがしみ出してきて、超高密度でクォーク物质に连続的に変化するという予想。
[7] 一次相転移
大気圧下で氷に热を加えると、0℃で氷から水へ、さらに100℃で水から水蒸気に変化する。このような状态変化（相転移）が起こるとき、温度を変えずに热の吸収や放出が起こる场合を一次相転移と呼ぶ。従来、ハドロン物质からクォーク物质への状态変化は一次相転移であると考えられてきた。
问い合わせ先
＜研究内容に関すること＞
东北大学 大学院理学研究科 物理学専攻
量子基础物理学讲座 原子核理论分野
准教授 古城 徹 （コジョウ?トオル）
Tel: 027-795-3687
Email: toru.kojo.b1*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）
＜报道に関すること＞
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
Tel: 022-795-6708
E-mail： sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）