宇宙観の変遷膨張する宇宙超新星と観測的宇宙論

1. 宇宙観の変遷2. 膨張する宇宙3. 超新星と観測的宇宙論

天文学入門講座天文学入門講座「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

0. 　そして諸注意

【天文学とはどんな学問か】

【宇宙観の変遷】１ . 　宇宙観の変遷

“宇宙”はどうなっているのか？

　　　コスモロジー ( 宇宙論 )

• 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？

【古代の宇宙観】１ . 　宇宙観の変遷

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

【古代日本の宇宙観】１ . 　宇宙観の変遷

天上界

地上界

ツツ

“ 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

【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）

「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

地球は宇宙の中心にあるに違いない

【宇宙観の大革命】１ . 　宇宙観の変遷

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

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？

【星界の理解】１ . 　宇宙観の変遷

ガリレオ・ガリレイ（１ 6 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

【銀河系の認識】１ . 　宇宙観の変遷

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

【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

１ . 　宇宙観の変遷

【ここまでのまとめ】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？

　　　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

２ .　膨張する宇宙

【定常宇宙論の落とし穴】２ . 　膨張する宇宙

無限という概念はそれ自身が矛盾をはらむ

→ 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？”

【オルバースのパラドクス】

宇宙原理 ( 等方原理 ) を仮定すると

２ . 　膨張する宇宙

【オルバースのパラドクス】２ . 　膨張する宇宙


無限に遠くまで見た場合



実際には・・・なぜ？？

宇宙は無限ではない！


【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


【タケノコの成長】「遠い節ほど早く遠ざかる」

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」

節までの距離

成長の速

度


【宇宙も成長する】

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


後退速

度

銀河までの距離

【膨張する宇宙】

タケノコと比較すると・・・　　・伸び始め　・急激な成長　・枯れる　・土へ戻る

宇宙はどうなる？


【宇宙はどうなるか？】

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

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


【過去の様子を知る】１ . 　膨張する宇宙

現在← 過去

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

A さん

B さん

C さん


加速

一定

減速

現在← 過去

距離

遠ざかる速度

測定が難しい

（比較的）簡単 ← 赤方偏移で測定する

加速膨張一定膨張減速膨張

【距離を求める】

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

明るさと距離には関係がある


【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


【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


２ .　超新星とはなにか

【超新星とはなんぞや】２ . 　超新星とはなにか

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

【超新星とはなんぞや】２ . 　超新星とはなにか

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

【 Ia 型超新星】２ . 　超新星とはなにか

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

【 Ia 型超新星】２ . 　超新星とはなにか

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

【ここまでのまとめ】２ . 　超新星とはなにか

• 超新星は星の進化の果ての現象• 標準光源には Ia 型が良い

３ .　超新星と観測的宇宙論

【 Ia 型超新星を使う】３ . 　超新星と観測的宇宙論

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　・近傍も遠方も変化なし（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！

【 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

＝１００個の銀河を探せば、１年間に１個は見つかる＝ 365 ００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

【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

３ . 　超新星と観測的宇宙論

広視野撮像カメラ Suprime-cam8000 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

【 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



【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

実際に超新星を探してみましょう


2003 年 5 月に撮像 2003 年 6 月に撮像

【第 1 問】３ . 　超新星と観測的宇宙論

【第 2 問】

2003 年 5 月に撮像 2003 年 6 月に撮像


【第 3 問】

2003 年 5 月に撮像 2003 年 6 月に撮像


【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)　・ 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

【結果はいかに？】３ . 　超新星と観測的宇宙論

暗い

明るい地球からの遠さ

宇宙は加速膨張している！！

【真の明るさを知る難しさ】３ . 　超新星と観測的宇宙論

おもて？うら？

問題点１　手前側か奥側かがわからない

→ 赤さから判断する

【真の明るさを知る難しさ】３ . 　超新星と観測的宇宙論

問題点２　完全に一様な明るさではない

１等以上の開きがある！

たくさん観測して解決？

【加速する宇宙膨張】３ . 　超新星と観測的宇宙論

なぜ加速している？　→　ダークエネルギー

【これからの観測的宇宙論】３ . 　超新星と観測的宇宙論

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

【日本人と超新星】３ . 　超新星と観測的宇宙論

日本のアマチュア天文家が大活躍

　・大望遠鏡は遠くを狙う（近くが苦手）

　・高度な知識と技術　・なによりも熱心

超新星に興味があると得をします

　・夜空を眺めるのが楽しくなります　・つまらないことが気にならなくなります

超新星の発見数

【まとめ】３ . 　超新星と観測的宇宙論

• 宇宙は加速膨張している• 超新星を使った研究はこれから• 今晩から夜空を見上げましょう

おつかれさまでした

宇宙の大きさ（赤方偏

移）

時間（＝距離）

加速膨張

減速膨張

現在

遠い近い

【過去の様子を知る】

一定の明るさの天体（標準光源）


宇宙観の変遷 膨張する宇宙 超新星と観測的宇宙論

Documents

宇宙観の変遷膨張する宇宙超新星と観測的宇宙論