宇宙物理学は、星や銀河や宇宙全体といった宇宙のさまざまな階層における現象を物理学のさまざまな理論や実験結果を総動員して解明する学問です。宇宙現象において特に重要な役割を果たすのが重力です。さらに、ブラックホールや膨張宇宙といった強い重力場やダイナミカルな時空を扱うにはニュートン重力ではなく一般相対性理論が必要になります。
本研究室では、一般相対性理論を用いたブラックホールなどの高密度天体の研究、初期宇宙論の研究、重力理論の検証に関する研究を行っています。
ビッグバンからの残光である宇宙背景放射に観測された微細な温度揺らぎ（図1）は、星や銀河といった宇宙における様々な構造の種となるものです。この揺らぎの起源を宇宙誕生直後の真空の量子揺らぎによって説明するがインフレーション宇宙論です。インフレーション中に同時に生成されたはずの時空の揺らぎ（重力波）を検出する観測計画が世界中で進んでいます。その一つの重力波観測衛星 DECIGO 計画に携わっています。
宇宙観測からは、インフレーションやダークマターやダークエネルギーといった素粒子の標準理論からは説明できない要素が要求されています。それでは、 一般相対性理論はどこまで正しいのでしょうか。アインシュタインが一般相対性理論を構築する際に重要な役割を果たしたのが等価原理（自由落下の普遍性）です。等価原理により、重力は大域的な時空の幾何学として現れることになります。等価原理やローレンツ不変性といった重力理論の基礎にも関心があります。
- 学生へのメッセージ
- 大学は「すぐには役に立たないこと」を学ぶところです。物理学はもちろんのこと、自分の興味の赴くままに様々なことを貪欲に学びましょう。学生時代に学んだことは、10年後20年後思わぬところできっと役に立つときが来ることでしょう。スティーブ・ジョブズが興味本位で大学で学んだ「書体」がマッキントッシュを作るときに役に立ったように。