赤外線で見る宇宙の始め 京都大学 理学部 舞原 俊憲 赤外線で見る宇宙の始め 京都大学　理学部　　舞原　俊憲 　　まだよく分かっていない宇宙の謎とは 　　　　　　なにか？ 　キーワードは ブラックホール？ 銀河 NGC4697 の中心部の画像（ブラックホールの存在を示唆）

どんなこと？ ＊宇宙の重さを担っている物質は、普通の物質ではない 。それを、「ダークマター」と呼んでいるようだが、一体何ものなのか？ 　　　　　　まだよく分かっていない宇宙の謎とは 　　　　　　　　　　　　どんなこと？ 　＊宇宙の重さを担っている物質は、普通の物質ではない 。それを、「ダークマター」と呼んでいるようだが、一体何ものなのか？ 　＊宇宙はどのようなきっかけで膨張を始めたのか。これから宇宙の膨張はどうなっていくのか？ 　＊宇宙の始め頃に、一体なぜ、どのようにして、星や銀河や巨大ブラックホールが生まれ、宇宙に存在するようになったのか？ 　＊最近、 宇宙の膨張が加速していることがわかった。その原因は、ダークエネルギーと言われている。一体何者で、なぜ加速するのか？

＊宇宙空間に存在しているチリのような微粒子による吸収が小さい。 　　　　　　　　　　　　　　　赤外線とは何か 　　　可視光に比べて 「波長の長い」 光の一種 　特徴 　＊宇宙空間に存在しているチリのような微粒子による吸収が小さい。 　＊温度が低い天体を調べることができる 。 　＊宇宙の初めの頃に放射された光が、赤方偏移という効果のために、赤外線の波長になっても、観測ができる。

　　　　　　　　赤外線の効果 　　　　　　　　　その１

約 ４秒角

ので、遠方の天体ほど、 早い速度で遠ざかる。 「光のドプラー効果」の ため、放射された時の波 長より、長くなって地球 に到達する。 　　　　　　　　　　　　　　　赤方偏移とは 　　宇宙は膨張している ので、遠方の天体ほど、 早い速度で遠ざかる。 　「光のドプラー効果」の ため、放射された時の波 長より、長くなって地球 に到達する。 　右図のように、宇宙膨 張に引きずられて、波形 が引き伸ばされると、解 釈ですることもできる。

現在の銀河宇宙 第１世代の星形成 クェーサー の形成 晴れた 宇宙 ビッグバン 宇宙初期の元素合成 銀不規則小銀河／ 巨大ブラックホール の形成

宇宙は何歳か？ 宇宙が出来たのは、約１３０億年前。 しかも、物質というものが何もない状態 「無」 から生まれた。 （莫大な「エネルギー」が「小さなかたまり」になっていた） こうしてできた宇宙から、まず「水素ガス」と「ヘリウムガス」 だけの宇宙ができる。 その後、星が生まれて、酸素や炭素、鉄、亜鉛などを作って生命体のもとができる。鉄よりも重いものは、超新星の爆発の際に宇宙空間に放出され、やがて惑星になる。

宇宙の誕生から太陽と地球の誕生まで 「火の玉宇宙」 が出発点 ＊宇宙は、物質も存在しない、「エネルギーのかたまり」だった。 　　　　「火の玉宇宙」 が出発点 ＊宇宙は、物質も存在しない、「エネルギーのかたまり」だった。 ＊その後、膨張して行くときに、「物質」 が生まれた。（約１３０億年前） ＊はじめは「物質」と言っても、水素とヘリウムだけだった。（最初の３分間） 　　　　　　　　　↓↓↓ ＊中性のガスで満たされた晴れた宇宙（宇宙が出来て、３０万年たった頃） 　　　　　　「星と銀河の宇宙」が出来始める。 ＊初代の星が出来る。（数億年たった頃？？） ＊星ができるようになって、星の中で炭素や酸素や鉄が作られて、現在の太陽や地球ができた。（４６億年前） ＊知的生物の文明発祥（数万～数十万年前）⇒高度科学技術（数十年前）

第一世代の星の誕生？ 星は水素とヘリウムだけの宇宙のなかで誕生。 いつできたか？ どのようにして生まれたのか？ どんな星なのか？ 　　いつできたか？ 　　どのようにして生まれたのか？ 　　どんな星なのか？ 　　これらはまだ何も分かっていない。（大型望遠鏡、赤外線観測装置が必要） 水素とヘリウムが集まって星になり、星の中心部分で、元素が製造される。それは直ぐに超新星になって、宇宙のガスに色々な元素が混じるようになった。

　　赤方偏移　“１０” の時代はもうすぐ 有力候補　　ガンマ線バースト天体 　　　　　　　　ハイパー超新星 　　　　　　　　初代のクェーサー 　　　　　　　　初代の種族ＩＩＩの星の星団 　　　　　　　　？？

宇宙の年表 宇宙の誕生 初代の星の誕生 ２代目の星の誕生 ３代目か４代目に、太陽型の星の誕生 現在の宇宙・太陽系 (水素とヘリウムだけ） 　　　宇宙の誕生 　(水素とヘリウムだけ） 　　　　　　　　　初代の星の誕生 　　　　　　（大きな重たい星なのですぐ爆発） 　　　　　　（炭素や酸素が宇宙のガスに含まれるようになる） 　　　　　　　　　　　　　　　２代目の星の誕生 　　　　　　　　　　　　　　（最初の銀河ができる） 　　　　　　　　　　　（炭素から鉄以上の重い元素が増えていく） 　　　　　　　　　　　　　　　　　３代目か４代目に、太陽型の星の誕生 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（惑星を伴った恒星） 　　　　　　　　　　　　　　　　　（生命体に必要な元素が増えている） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　現在の宇宙・太陽系 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（地球は生物進化のトップランナーかも）

人間は星の子 のほか、 鉄、亜鉛や銅・コバルトなどの重元素の役割が重要 宇宙の始めの頃には、生命体をつくる元素が無かった。 炭素、酸素、カルシウム、鉄などは後からできてくる。 宇宙も星も生命も、実は始めは存在していなかったのに、 後から、だんだんとできてきたもの。 　　生命体を作る主な元素：炭素、窒素、酸素、カルシュウム 　のほか、 鉄、亜鉛や銅・コバルトなどの重元素の役割が重要 　　　　　　ーー＞　新陳代謝（触媒作用）

そして現在から未来 宇宙の大きな枠組みが分かってきているが、 でも、 まだ、最初に言ったように、どうしてもわからない未解明 　　まだ、最初に言ったように、どうしてもわからない未解明 　　のことが沢山ある。 そこで、 　大型望遠鏡の時代（光、赤外線、電波など） 　宇宙望遠鏡の時代（赤外線、Ｘ線、ガンマ線など） 　　特に、「光で見えるもの」だけではないものの観測が重要。

我々もすばる望遠鏡を使って、宇宙の始まりの頃の出来事を探索する観測に着手しています。 すばるディープフィールドの観測

すばる望遠鏡とすばるディープフィールド

宇宙の始めの頃の電波銀河はクェーサーか？ 赤方偏移（ｚ）が、２．４の電波銀河の赤外線画像 　（Ｂ３　０７３１＋４３８） ＊上下方向には、「電離ガス」が円錐状に分布。 ＊電波ジェットの方向と一致。 ＊中心に点状の天体（クェーサーの「たまご」） 　⇒　クェーサーとしての活動を開始したところ。

もっとも遠くの銀河を発見（２００１年４月） （すばる望遠鏡の赤外線観測と、ケック望遠鏡の分光器が協力して） 　　　　もっとも遠くの銀河を発見（２００１年４月） （すばる望遠鏡の赤外線観測と、ケック望遠鏡の分光器が協力して） （ハワイ大学のチームと日本のチームの協力で） ＊　赤方偏移の値（ｚ）は、６．５６　　これはその時点でレコードホルダ。 ＊　ケック望遠鏡の分光観測で、赤方偏移を測定。 ＊　すばる望遠鏡で、星の生成率（１年間に約太陽４０個分程度）を推定。 ＊　宇宙が出来てから、約７．８億年程度（／１３０億年）となる。 （実は、この銀河は、銀河団の背後にあって、重力レンズの効果で、増光しているために、詳しく観測できた。）

天文学は「ルーツ」の探求 ＠宇宙のルーツ（銀河や星）、 ＠物質のルーツ（素粒子）、 ＠元素のルーツ（炭素や酸素や鉄）、 　　＠物質のルーツ（素粒子）、 　　　　＠元素のルーツ（炭素や酸素や鉄）、 　　　　　　＠生命のルーツ（有機物、アミノ酸、ＤＮＡなど）　

現代は天文学の黄金時代 現代という時代は、最大の発見の時代 これまでの天文学の発見の歴史のなかで、 残された発見がまだ沢山ある 　　残された発見がまだ沢山ある 　　例えば、宇宙は、どのようにして始まったのか？ 　　　　　　　　なぜ膨張し、しかも加速していくのか？ 　　　　　　　　今後、どうなっていくのか？ 　　　　　　　　本当に見えない物質、ダークマターは存在している？ 　　　　　　　　よその星にも地球のような惑星はあるか？ 　　　　　　　　よその星にも生命が存在するのか？ 　　　　　　　　それらにも文明は発達しているのか？　

　　お　し　ま　い