宇宙観の変遷 膨張する宇宙 超新星と観測的宇宙論 天文学入門講座 「宇宙論入門」 ２００５年５月７日

Presentation on theme: "宇宙観の変遷 膨張する宇宙 超新星と観測的宇宙論 天文学入門講座 「宇宙論入門」 ２００５年５月７日"— Presentation transcript:

1 宇宙観の変遷 膨張する宇宙 超新星と観測的宇宙論 天文学入門講座 「宇宙論入門」 ２００５年５月７日
天文学入門講座＠葛飾区郷土と天文の博物館

2 0.　最初に 【 天文学の発展とは何か 】 考える 見る 観測的事実をどう解釈するか？ この繰り返しで天文学は発展してきた！

3 【 宇宙観の変遷 】 “宇宙”はどうなっているのか？ １. 宇宙観の変遷 空に果てはあるのか？ 昔の昔はどうなっているのか？
１.　宇宙観の変遷 【 宇宙観の変遷 】 空に果てはあるのか？ 昔の昔はどうなっているのか？ 先の先はどうなっているのか？ “宇宙”はどうなっているのか？ 　　　コスモロジー(宇宙論)

4 【 観測の発展 】 １. 宇宙観の変遷 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川
１.　宇宙観の変遷 【 観測の発展 】 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川 ・ 銀河 ・ 近くの宇宙 ・ 遠くの宇宙 ・ 日周運動 ・ 年周運動 ・ 衛星の公転 ・ 星の集団 ・ 銀河宇宙 ・ 大規模構造

5 【 古代の宇宙観 】 １. 宇宙観の変遷 ・ 太陽/月の動き ・ 星の動き ・ 月の満ち欠け ・ 北極星の存在 ・ 彗星/流星/新星
１.　宇宙観の変遷 【 古代の宇宙観 】 ・ 太陽/月の動き ・ 星の動き ・ 月の満ち欠け ・ 北極星の存在 ・ 彗星/流星/新星 これだけの観測事実から、形成されたのが古代の宇宙観

6 【 古代の宇宙観 】 １. 宇宙観の変遷 中国 インド エジプト 天と海の間を太陽が行き来する ヘビ、カメ、ゾウの上に須弥山が乗っかってる
１.　宇宙観の変遷 【 古代の宇宙観 】 中国 天と海の間を太陽が行き来する インド ヘビ、カメ、ゾウの上に須弥山が乗っかってる エジプト 大気の神シューと女神ヌート、太陽神ラー

7 【 古代日本の宇宙観 】 １. 宇宙観の変遷 天上界 ツツ 地上界 “ほしはすばる。ひこぼし。ゆふづつ。よばひぼし、すこしをかし。”
１.　宇宙観の変遷 【 古代日本の宇宙観 】 天上界 ツツ 地上界 “ほしはすばる。ひこぼし。ゆふづつ。よばひぼし、すこしをかし。” 「枕草子」254段より

8 【 古代ギリシャの宇宙観 】 １. 宇宙観の変遷 プトレマイオス（１世紀） 地球は宇宙の中心にあるに違いない
１.　宇宙観の変遷 【 古代ギリシャの宇宙観 】 地球は宇宙の中心にあるに違いない プトレマイオス（１世紀） 「アルマゲスト」にて天動説を集大成 ↓ その後１０００年以上、宇宙観の基礎となる

9 【 宇宙観の大革命 】 １. 宇宙観の変遷 コペルニクス（１５世紀） 地球が太陽の周りをまわってた方が 説明しやすいのでは？
１.　宇宙観の変遷 【 宇宙観の大革命 】 地球が太陽の周りをまわってた方が 説明しやすいのでは？ コペルニクス（１５世紀） 「天体の回転について」にて地動説を提唱 ↓ 地球中心の宇宙観から太陽中心へ

10 【 観測の発展 】 １. 宇宙観の変遷 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川
１.　宇宙観の変遷 【 観測の発展 】 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川 ・ 銀河 ・ 近くの宇宙 ・ 遠くの宇宙 ・ 日周運動 ・ 年周運動 ・ 衛星の公転 ・ 星の集団 ・ 銀河宇宙 ・ 大規模構造 1608年 発明！

11 １.　宇宙観の変遷 【 望遠鏡の登場 】 ・ 太陽黒点の観測 ・ ガリレオ衛星の発見 ・ 太陽が自転している ・ 衛星が公転している

12 【 星界の理解 】 １. 宇宙観の変遷 ガリレオ・ガリレイ（１6世紀） 「星界の報告」にて天の川の正体に言及 ↓
１.　宇宙観の変遷 【 星界の理解 】 ガリレオ・ガリレイ（１6世紀） 「星界の報告」にて天の川の正体に言及 ↓ 天の川を“星”の集団として認知

13 １.　宇宙観の変遷 【 銀河系の認識 】 ウィリアム・ハーシェル（１８世紀） 天の川は銀河系の断面図である事を認知

14 【 観測の発展 】 １. 宇宙観の変遷 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川
１.　宇宙観の変遷 【 観測の発展 】 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川 ・ 銀河 ・ 近くの宇宙 ・ 遠くの宇宙 ・ 日周運動 ・ 年周運動 ・ 衛星の公転 ・ 星の集団 ・ 銀河宇宙 ・ 大規模構造 1839年 発明！

15 １.　宇宙観の変遷 【 銀河宇宙へ 】 写真の特徴：露光出来る ↓ 暗い天体が見えるように！

16 【 銀河宇宙へ 】 １. 宇宙観の変遷 シャプレーとカーチスの大論争 (1920/4/26) シャプレー カーチス
１.　宇宙観の変遷 【 銀河宇宙へ 】 シャプレーとカーチスの大論争 (1920/4/26) シャプレー “星雲は天の川よりもずっと小さな天体” カーチス “星雲は天の川と同じ種類の天体” ハッブルによるアンドロメダ星雲までの距離の測定で決着。 銀河とは・・・数百億～数千億の星の大集団

17 【 おさらい 】 １. 宇宙観の変遷 宇宙の中心 宇宙の片田舎 地球という星は、 ・無数にある銀河の中の、 ・2000億ある星の中の、
１.　宇宙観の変遷 【 おさらい 】 宇宙の中心 地球という星は、 　・無数にある銀河の中の、 　・2000億ある星の中の、 　・太陽系の惑星のひとつ にすぎない事がわかった。 宇宙の片田舎

18 【 ここまでのまとめ 】 宇宙 = 時間と空間 定常宇宙論 １. 宇宙観の変遷 宇宙を構成するものの理解は進んだ ↓ 宇宙それ自体の理解は？
１.　宇宙観の変遷 【 ここまでのまとめ 】 宇宙を構成するものの理解は進んだ ↓ 宇宙それ自体の理解は？ 　　　宇宙 = 時間と空間 　始まりも終わりもない時間 　無限に広がる空間 定常宇宙論

19 ２.　膨張する宇宙

20 【 定常宇宙論の落とし穴 】 ２. 膨張する宇宙 無限に広がる宇宙？？ → 無限という考え方に既に矛盾が オルバースのパラドックス
２.　膨張する宇宙 【 定常宇宙論の落とし穴 】 無限に広がる宇宙？？ 　→ 無限という考え方に既に矛盾が オルバースのパラドックス 　　“なぜ夜空は無限に明るくないか？” 　　　無限に広がる宇宙なら、無限に星があるはず 　　　無限に星があるのなら、無限に夜空は明るいはず 　　　実際には無限に明るくない・・・つまり、無限ではない

21 v = H0 r 【 膨張する宇宙 】 ２. 膨張する宇宙 エドウィン・ハッブル（２０世紀） ハッブルの法則を発見
２.　膨張する宇宙 【 膨張する宇宙 】 エドウィン・ハッブル（２０世紀） ハッブルの法則を発見 （遠い銀河ほど早く遠ざかる） v = H0 r

22 １.　膨張する宇宙 【 タケノコの成長 】 「遠い節ほど早く遠ざかる」

23 １.　膨張する宇宙 【 タケノコの成長 】 「遠い節ほど早く遠ざかる」 成長の速度 節までの距離

24 v = H0 r 【 宇宙も成長する 】 ２. 膨張する宇宙 エドウィン・ハッブル（２０世紀） 「遠い銀河ほど早く遠ざかる」 後退速度
２.　膨張する宇宙 【 宇宙も成長する 】 後退速度 銀河までの距離 エドウィン・ハッブル（２０世紀） ハッブルの法則を発見 「遠い銀河ほど早く遠ざかる」 v = H0 r

25 【 膨張する宇宙 】 ２. 膨張する宇宙 タケノコの成長と比較すると・・・ ・伸び始め ・急激な成長 ・枯れる ・土へ戻る
２.　膨張する宇宙 【 膨張する宇宙 】 タケノコの成長と比較すると・・・ 　・伸び始め 　・急激な成長 　・枯れる 　・土へ戻る 宇宙の場合はどうなる？

26 ２.　膨張する宇宙 【 宇宙の始まり 】 過去にさかのぼると・・・ 宇宙に始まりがあった！ ビッグバン宇宙論 宇宙

27 【 宇宙はどうなるか？ 】 ２. 膨張する宇宙 過去を知る事が重要 宇宙の3通りの運命 いつか収縮する宇宙 いつか止まる宇宙
２.　膨張する宇宙 【 宇宙はどうなるか？ 】 宇宙の3通りの運命 いつか収縮する宇宙 いつか止まる宇宙 永遠に膨張する宇宙 過去を知る事が重要 ボールを投げ上げた時と比較できる 　・ 重力にひかれて落ちてくる 　・ たまたま釣り合ってそのまま浮かび続ける 　・ 永遠に飛んでいく

28 【 過去の様子を知る 】 ２. 膨張する宇宙 Aさん Bさん Cさん ← 過去 現在 ３人とも時速10kmで走っていたとしても・・・
２.　膨張する宇宙 【 過去の様子を知る 】 Aさん Bさん Cさん ← 過去 現在 ３人とも時速10kmで走っていたとしても・・・ 　　　　→ 距離がわかれば判定できる

29 【 過去の様子を知る 】 ２. 膨張する宇宙 加速 一定 減速 ← 過去 現在 距離 測定が難しい 遠ざかる速度
２.　膨張する宇宙 【 過去の様子を知る 】 加速 一定 減速 ← 過去 現在 距離 測定が難しい 遠ざかる速度 （比較的）簡単 ← 赤方偏移で測定する

30 明るさがわかれば、距離がわかり、宇宙の過去もわかる
２.　膨張する宇宙 【 距離を求める 】 明るさと距離には関係がある 加速膨張 一定膨張 減速膨張 標準光源があれば、距離は計算で求まる 明るさがわかれば、距離がわかり、宇宙の過去もわかる

31 【 標準光源を探せ 】 超新星 ２. 膨張する宇宙 標準光源の条件は？ ・ とても明るい ・ 一定の明るさ ・ 光度進化がない
２.　膨張する宇宙 【 標準光源を探せ 】 標準光源の条件は？ 　・ とても明るい 　・ 一定の明るさ 　・ 光度進化がない 超新星 　・ 銀河と同じ程度の明るさ 　・ ある種のものはどれもほぼ同じ明るさ 　・ 過去も最近も同じ明るさ

32 ２.　膨張する宇宙 【 ここまでのまとめ 】 宇宙は膨張している 膨張の様子はよくわからない 過去の様子を知る必要がある 超新星が良いらしい

33 ３.　超新星と観測的宇宙論

34 【 超新星とはなんぞや 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 一生の最後で起こす大爆発 大別して２つタイプがある
３.　超新星と観測的宇宙論 【 超新星とはなんぞや 】 一生の最後で起こす大爆発 大別して２つタイプがある [重力崩壊型超新星] Ib型、Ic型、II型 　重い星の最後の大爆発 　中心核に外層が落ち込んで爆発 ・ すごい明るいものもある ・ 明るさが一定ではない

35 【 超新星とはなんぞや 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 一生の最後で起こす大爆発 大別して２つタイプがある [炭素核爆発型超新星]Ia型
３.　超新星と観測的宇宙論 【 超新星とはなんぞや 】 一生の最後で起こす大爆発 大別して２つタイプがある [炭素核爆発型超新星]Ia型 白色矮星の爆発 　星全体が爆発 ・ -19等程度（太陽の１千億倍） ・ 明るさがどれもほぼ一定

36 【 Ia型超新星 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 白色矮星 ・ 太陽程度の星のなれの果て ・ 電子の縮退圧で支えられている
３.　超新星と観測的宇宙論 【 Ia型超新星 】 白色矮星 　・ 太陽程度の星のなれの果て 　・ 電子の縮退圧で支えられている チャンドラセカール質量が上限 （太陽質量の1.37倍） →上限を超えると潰れて爆発する

37 【 Ia型超新星 】 Ia型超新星 ３. 超新星と観測的宇宙論 白色矮星＋巨星 巨星からガスが降り積もる ↓ 限界を超えると爆発する
３.　超新星と観測的宇宙論 【 Ia型超新星 】 白色矮星＋巨星 巨星からガスが降り積もる ↓ 限界を超えると爆発する Ia型超新星 爆発する時の質量が一緒　→　明るさが同程度になる

38 【 Ia型超新星を使う 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 この問題をクリアしないと使えない！ 標準光源としてのIa型超新星 ・ 非常に明るい
３.　超新星と観測的宇宙論 【 Ia型超新星を使う 】 標準光源としてのIa型超新星 　・ 非常に明るい 　・ 明るさがほぼ一定 　・ 近くも遠くも変化なし（と期待できる） ・ とてもレアな現象（銀河系では400年間出現無し） ・ 本当の明るさがきっちりとは決められない この問題をクリアしないと使えない！

39 【 Ia型超新星を探す 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 超新星の出現率・・・１個/１００年/１つの銀河
３.　超新星と観測的宇宙論 【 Ia型超新星を探す 】 超新星の出現率・・・１個/１００年/１つの銀河 ＝１００個の銀河を探せば、１年間に１個は見つかる ＝365００個の銀河を探せば、１日に１個は見つかる 一気にたくさんの銀河を同時に撮像すれば見つかる

40 【 観測の発展 】 ２. 膨張する宇宙 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川
２.　膨張する宇宙 【 観測の発展 】 肉眼 望遠鏡の応用 写真の応用 CCDの応用 ・ 太陽、月 ・ 惑星 ・ 星 ・ 衛星 ・ 天の川 ・ 銀河 ・ 近くの宇宙 ・ 遠くの宇宙 ・ 日周運動 ・ 年周運動 ・ 衛星の公転 ・ 星の集団 ・ 銀河宇宙 ・ 大規模構造 1971年 発明！

41 【すばる望遠鏡】 ３. 超新星と観測的宇宙論 すばる観測所大プロジェクト ( 春 ) SDF ( 秋 ) SXDS 圧倒的に広い視野を狙う
３.　超新星と観測的宇宙論 【すばる望遠鏡】 すばる観測所大プロジェクト 　( 春 )　SDF 　( 秋 )　SXDS 圧倒的に広い視野を狙う 広視野撮像カメラSuprime-cam 8000万画素、30分角の視野 大望遠鏡＋広視野撮像カメラ →遠方の銀河を幅広く撮像可能

42 ３.　超新星と観測的宇宙論 【SXDS】 くじら座の領域 約100万個の銀河 ↓ 一度の撮像で10個以上の 超新星を発見

43 ３.　超新星と観測的宇宙論 【 超新星の見つけ方 】 何晩かに分けて同じところを撮影する

44 【 超新星探査チーム 】 ３. 超新星と観測的宇宙論 遠方の超新星探査を行う２大国際研究グループ ・ HZT (High-Z Team)
３.　超新星と観測的宇宙論 【 超新星探査チーム 】 遠方の超新星探査を行う２大国際研究グループ 　・ HZT　(High-Z Team) 　・ SCP　(Supernova Cosmology Project) ・ 遠方の超新星を探し ・ 明るさを測定して ・ 宇宙膨張の様子を精査

45 ３.　超新星と観測的宇宙論 【 結果はいかに？ 】 宇宙は加速膨張している！！ 暗い 明るい 地球からの遠さ

46 ３.　超新星と観測的宇宙論 【 加速する宇宙膨張 】 なぜ加速している？　→　ダークエネルギーが原因

47 たくさんの超新星を精度良く観測する時代に
３.　超新星と観測的宇宙論 【 これからの観測的宇宙論 】 たくさんの超新星を精度良く観測する時代に →ダークエネルギーの性質を探る SNAP衛星 SDSS望遠鏡

48 ３.　超新星と観測的宇宙論 【 まとめ 】 宇宙観はこれからも書き換えられる おつかれさまでした