多人数天文学は宇宙への手がかりを発掘しているか

天文学者は大ヒット年を過ごしました。

ニュートリノの宇宙起源を追跡することに加えて、彼らはそれぞれが太陽よりも大きい2つの都市サイズの中性子星の合併を検出しました。

その発見は「多人数天文学の新時代」が到来したという証拠として告げられた。

しかし、多人数天文学とは何ですか？

私たちの日常生活では、音波、光（一種の電磁波）、皮膚の圧力など、さまざまな信号に基づいて周囲の世界を解釈しています。これらの信号はそれぞれ異なる「メッセンジャー」によって伝達される可能性があります。新しいメッセンジャーは新しい洞察をもたらします。そのため、天文学者たちは彼らの科学に新たなメッセンジャーを熱心に歓迎しています。

多くのメッセンジャー

天文学の歴史の大部分において、科学者たちは主に1人のメッセンジャー、電磁放射によって送信される信号を研究しました。空間と時間を通って移動するこれらの波は、それらの波長、またはそれらの粒子、つまり光子に見られるエネルギー量によって表されます。

電波には、最も少ない量のエネルギーと最も長い波長の光子があり、その後に中間のエネルギーと波長の赤外光と光が続きます。 Ｘ線およびガンマ線は最短波長および最高エネルギーを有する。

しかし、科学者たちは他のメッセンジャーについても研究しています。

• 宇宙線：荷電原子粒子と光速近くで移動する原子核。
• ニュートリノ：宇宙の大部分を透明と見なす荷電粒子。
• 重力波：まさに空間と時間の織物のしわ。

そして天文学の分野では何年もの間これらのメッセンジャーを探求してきましたが、天文学者はごく最近、天の川を超えたところで同時に複数のメッセンジャーと一緒にイベントを観察しています。ほんの数ヶ月で、天文学者が異なるメッセンジャーからの信号をまとめることができる情報源の数は倍増しました。

ビーチの散歩のように

多人数天文学は天文学の自然な進化です。科学者は彼らが研究する対象の完全な全体像をまとめ、彼らが観察することで彼らが発達する理論を一致させるためにより多くのデータを必要とします。

天文学者は、異なる波長の光子を組み合わせて、宇宙の謎のいくつかをつなぎ合わせました。例えば、ラジオと光学データの組み合わせは、1951年に天の川が渦巻銀河であると決定する際に大きな役割を果たしました。

そして天文学は、たった一人のメッセンジャー、光子を使って私たちの宇宙について素晴らしい結果を明らかにし続けています。それで、多人数天文学が成功の信じられないほどの歴史の単なる進化的なステップであるならば、それはそれが単なる新しい流行語であることを意味するのでしょうか？

そうは思わない。

あなたがオーシャンビーチを歩いていると想像してください。あなたは信じられないほどの夕日の光景を楽しんでいます。波が聞こえ、足の下に砂が降り注いでいます。そして塩辛い空気がしています。あなたの複合感覚はより完全な経験を形成します。

多人数天文学では、視覚、聴覚、触覚、匂いを組み合わせるのと同じように、複数のメッセンジャーを組み合わせることで、宇宙からより多くのことを学びたいと考えています。

しかし、それは必ずしもピクニックではありません

天文学者と素粒子物理学者の文化は、科学への異なるアプローチを表しています。多人数天文学では、これらの文化は衝突します。

天文学は観測分野であり、実験ではありません。私たちは、時間とともに変化する天体（時間領域天文学）を研究しています。これは、一過性の天文学的イベントを観測する機会がたった一つしかないことを意味します。

最近まで、ほとんどの時間領域天文学者は一度に多くのプロジェクトで小さなチームで働いていました。科学論文を提出する前であっても、天文学者の電報やガンマ線調整ネットワークなどのリソースを使用して結果を迅速に伝達します。

マルチメッセンジャー信号の予想される発生源のほとんどは一時的な天文イベントであるため、光子以外にもメッセンジャーを捕獲するのは大きな努力です。

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粒子物理学者たちは、大型ハドロンコライダー、IceCubeニュートリノ天文台、レーザー干渉計重力波天文台（LIGO）など、最も困難な問題に取り組むための大規模な国際的共同研究を進めています。共通の目標に向かって取り組むために何百人から何千人もの研究者を集めるには、役割の包括的な特定、厳格なコミュニケーションガイドライン、そして多くの電話会議が必要です。

マルチメッセンジャーソースの急速な変化に対応する必要性とマルチメッセンジャーシグナルを捉えるための多大な努力は、両方の文化の長所を引き出すために天文学と素粒子物理学が互いに向かって融合しなければならないことを意味します。

多人数天文学の利点

多人数天文学は天文学者と素粒子物理学者が何十年もしてきたことを発展させたものですが、その結果は興味深いものです。

合体する中性子星からの重力波の検出は、これらの衝突が地球上（そして宇宙全体）で金と白金の大部分を占めたことを確認しました。それはまた、これらの衝突がどのように（少なくともいくつかの）短いガンマ線バーストを引き起こすかを示しました - これらの爆発的な出来事の起源は天文学における大きな未解決の問題でした。

ニュートリノと単一の天文源との最初の関連は、宇宙がどのようにその最もエネルギーの高い粒子を作るかについての垣間見ることを提供しました。多人数天文学は私達の宇宙で最も極端な条件のいくつかに関する詳細を明らかにしています。

多人数参加型の見方はすでにその部分の合計以上のものを生み出しています - そして私達は将来もっと驚くべき発見を見ることが期待できます。カナダ全域のエリートチームはすでにこの若い分野の成長に貢献しており、マルチメッセンジャー天文学は、今後10年間のカナダおよび世界中の天文学研究において大きな役割を果たすことを約束しています。

この記事は、Gregory SivakoffとDaryl HaggardによってThe Conversationに掲載されたものです。ここで元の記事を読んでください。