中国、ダークマターの直接検出に挑む探査衛星「悟空」を打ち上げ

中華人民共和国(中国)は12月17日(現地時間)、暗黒物質(ダークマター)探査衛星「悟空」(DAMPE)を搭載した、「長征二号丁」ロケットを打ち上げた。世界最先端級の観測機器を搭載し、未知の物質であるダークマターの世界初の直接検出に挑む。

ロケットは日本時間12月17日9時12分4秒(中国標準時同日8時12分4秒)、甘粛省にある酒泉衛星発射センターの第2発射台から離昇した。その約1時間後、中国政府や国営メディアは「打ち上げは成功した」と発表しているが、米軍が運用している地球周辺の物体の監視を行っている宇宙監視ネットワークは同日15時時点(日本時間)、まだ悟空と思われる衛星は検知していない。

「悟空」(DAMPE)を搭載した長征二号丁ロケットの打ち上げ (C) The State Council of the PRC

「悟空」(DAMPE)

「悟空」(DAMPE)は中国科学院が中心となって開発した衛星で、高エネルギーのガンマ線や電子、宇宙線を観測し、存在は確実視されているものの観測されたことがない暗黒物質の検出を目指している。「悟空」は愛称で、正式名称は「DAMPE」(DArk Matter Particle Explore)と呼ばれている。

悟空と同様の目的で開発された機器に「アルファ磁気分光器(AMS-02)」と「高エネルギー電子、ガンマ線観測装置(CALET)」があり、この2つは共に国際宇宙ステーション(ISS)に設置され、現在も観測を続けている。しかし、DAMPEが観測できる範囲はAMS-02よりも1桁以上も大きい5ギガ電子ボルト(GeV)から10テラ電子ボルト(TeV)までと、高い性能をもっている。

DAMPEは中国やスイス、イタリアの大学や研究機関、欧州原子核研究機構(CERN)なども参加した国際共同プロジェクトとして推進されており、その観測データはAMS-02やCALET、またガンマ線宇宙望遠鏡「フェルミ」などの成果と補完しあう関係にある。

衛星には「プラスティック・シンチレーター・ストリップス検出器(PSD)」、「シリコン-タングステン追跡/変換器(STK)」、「ゲルマニウム酸ビスマス・カロリメーター(BGO)」、そして「中性子検出器(NUD)」の、4つの観測機器が搭載されている。

打ち上げ時の質量は1900kgで、高度500km、軌道傾斜角(赤道からの傾き)が97.4度の太陽同期軌道で運用される。設計寿命は3年が予定されている。

ダークマター(暗黒物質)

現在の研究では、私たちのいる宇宙を作っている物質のうち、すでに知られている通常の物質はわずか5%で、残りの23%がダークマターと呼ばれる物質、さらに残りの72%が暗黒エネルギー(ダークエネルギー)であると見られている。このうち、暗黒エネルギーについてはまったく正体不明だが、ダークマターについては存在することはまず間違いないといわれている。

ダークマターは、1970年代にある渦巻き銀河を観測した際に、その回転速度から計算した質量が、その銀河にある数多くの星々の合計質量よりも約10倍も大きいことが判明したことから、宇宙には光では観測できないものの、重力をもつ何らかの物質があることがわかり、その未発見の物質として名付けられた。

その中でも有力な候補とされているのが「弱い相互作用をする重い粒子」の「WIMP」で、さらにそのうち「ニュートラリーノ」と呼ばれる素粒子である可能性が高いと言われており、世界中で研究や観測が続けられているが、これまでに直接検出に成功した例はない。

WIMPは対消滅や崩壊により電子・陽電子対などを生成すると考えられており、その観測によって暗黒物質の証拠を掴むことが期待されている。

長征二号丁

長征二号ロケットは中国の中型ロケットで、1974年から打ち上げが行われている。今回の打ち上げに使われた「長征二号丁」はその改良型で、1992年に初飛行し、また2003年からは打ち上げ能力を向上させた改良型が開発され、運用されている。

長征二号シリーズは今回を含め、これまでに88機が打ち上げられ、84機が成功している(衛星打ち上げのみ)。また長征二号丁に限っては今回で25機目となり、すべて成功している。

「悟空」(DAMPE)の想像図 (C)CAS	「悟空」(DAMPE)の内部の想像図 (C)CAS

【参考】

・http://www.gov.cn/xinwen/2015-12/17/content_5025094.htm
・http://english.cas.cn/newsroom/research_news/
201506/t20150603_148114.shtml
・http://spaceflight101.com/chinas-dark-matter-particle-explorer-blasts-off-for-break-through-studies-in-high-energy-physics/
・http://www.cnsa.gov.cn/n1081/n7529/n308608/794447.html