天文学概論(第14回)   全体のまとめ∼太陽系から宇宙論まで∼  東京工業大学 佐々木貴教
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
宇宙の空間的拡がり       恒星(惑星系)        銀河群・銀河団  惑星             銀河       宇宙の大規模構造サイズ小                            サイズ大
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
太陽系の構成メンバー地球型惑星  水星  金星     巨大ガス惑星   巨大氷惑星  地球        木星      天王星  火星        土星      海王星
各天体の軌道              短周期彗星の巣隕石の母天体
さらに遠くまで広がる太陽系       天文単位(AU)       太陽から地球までの距離       (約1億5000万km)       「オールトの雲」            =        長周期彗星の巣
探査機「はやぶさ」の軌跡2003年5月 打ち上げ2005年夏∼ 小惑星イトカワに到着 表面の観測 表面物質の資料採取2010年6月 地球に帰還2010年10月 資料中から微粒子を検出!小惑星への到着&帰還は工学実験探査機として快挙小惑星の物質は...
巨大天体衝突による月形成      原始地球に火星サイズの      原始惑星が衝突      飛び散った破片が地球の      周囲に円盤を形成       円盤中で月が誕生!
生命を宿す可能性のある太陽系内天体     =液体(水)が存在する天体  火星         エウロパ       (木星の衛星)                   タイタン                 (土星の衛星)
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
星形成の流れ星の材料:宇宙に漂うガス(星間分子雲)(1)星間分子雲の収縮とコアの形成                     星形成の(2)原始星の形成と成長                      3段階(3)主系列星への進化・星は1個だけ...
様々な質量の星の一生    33
惑星形成原始惑星円盤内:塵 → 微惑星 → 原始惑星 → 惑星              巨大氷惑星形成               ©Newton Press
原始惑星系円盤             分子雲コアの収縮!                重力と遠心力のつりあい!            原始惑星系円盤が形成             原始星   T タウリ型星     分子雲コア       ...
微惑星の合体成長              数kmサイズの              微惑星が形成                 ↓             互いに衝突・合体             を繰り返し成長暴走成長により少数の微惑星が...
ジャイアントインパクト原始惑星同士の巨大天体衝突を繰り返し, 現在の惑星へ
巨大ガス惑星の形成原始惑星に円盤ガスが暴走的に流入 → ガス惑星へ
巨大氷惑星の形成円盤散逸後に原始惑星が形成 → ガスを纏えず氷惑星へ
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
1995年 初めての系外惑星発見!                              199551 Pegasi b                                     46              発見者:   ...
太陽系外惑星が続々と見つかる  2012年1月17日現在  発見数700個を超える!  太陽系とは全く姿の異なる  異形の惑星たち!
視線速度法恒星が観測者に近づいたり遠ざかったりする → ドップラー効果によって   星の色が周期的に変化 → 恒星の速度の変化を観測惑星質量の下限値のみが決定中心星に近く質量の大きい惑星ほど発見しやすい(選択効果)
トランジット法惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測惑星の正確な質量が求まる & 大気成分が検出可能惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
理論的に予想される惑星の多様性                              巨大ガス惑星               Hot Jupiter  惑星の質量 [ME]                                 ...
様々な Habitable Planet               g
宇宙は地球であふれてる!?    理論計算                           観測地球型惑星が大量に存在していることを示唆恒星の 23% が 0.5∼2.0 M地球 の惑星を持つ!?
ケプラー宇宙望遠鏡2009年3月に打ち上げトランジット観測により主に系外地球型惑星を探索
「第二の地球」の発見へ向けて・巨大ガス惑星の発見(1995年)・惑星大気の観測(2002年)・惑星赤外線輻射(惑星の温度)の検出(2005年)・Super-Earth系の発見(2007年)・惑星の直接撮像(2008年)・地球型惑星・Habita...
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
•   天の川の正体  •  銀河系(天の川銀河)     星の集まり  • 銀河(天の川銀河)太陽系が所属する銀河:約1000億個の星々からなる棒状渦巻銀河・中心には巨大ブラックホール                         前回の復...
1. 様々な波長でみた天の川銀河様々な波長で見た天の川 様々な波長でみた天の川                      電波                     赤外線                     近赤外線          ...
天の川銀河の模式図  天の川銀河の模式図大質量ブラックホール(太陽質量の100万倍以上)          銀河バルジ(星)         円盤(星+星間ガス)           星は1011個程度 ダークハロー(ダークマター) ダークハロ...
前回の復習銀河の種類:ハッブルの分類 • 銀河の種類(ハッブルの分類)          渦巻き銀河 楕円銀河        棒渦巻き銀河
銀河衝突と爆発的星形成      銀河衝突と爆発的星形成 2つの銀河が相互作用して,爆発的な星形成(スターバースト)と星 団形成が誘発される.最終的には楕円銀河のような銀河が残る.映像:国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)   ...
大質量ブラックホールの合体 大質量ブラックホール合体シナリオ    大質量ブラックホール       銀河    銀河合体            重力波放出大質量ブラックホール合体                 大質量ブラックホールが    ...
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
ることがわかっている。      ビッグバン宇宙論は宇宙初期の物質分布にもわずかな揺らぎが存在し 宇宙はビッグバンから始まり、その残光が宇宙マイを意味している  WMAP クロ波背景放射(CMB)である僅かな揺らぎを核として、長い時間をかけて重...
現在の宇宙像         NASA/WMAP
新の宇宙モデル     最新の宇宙モデルるもの物質 ) 23%                   © WMAP寄与    ・バリオン 4.6%:原子など目に見えるもの      ・ダークマター 23%:重力のみはたらく      ・ダークエネ...
冷たい暗黒物質に支配された宇宙の構造形成       構造形成シミュレーション宇宙初期に存在した小さな空間スケールの密度ムラが,重力により大きな構造へと合体成長する(階層的合体成長).                              ...
初代星 (Pop III) 初代星形成     © Hosokawa et al. 2011
階層的構造形成
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
宇宙図の見方① 宇宙を見ることは、昔を見ること  遠方の天体ほど過去の姿② 見える宇宙と見えない宇宙がある  宇宙図のしずく型の部分が見えている宇宙③ 宇宙では、遠くの「距離」は要注意  光が到達するまでに宇宙は膨張する④ 宇宙は「科学の眼」で...
一般相対論的宇宙モデルアインシュタイン方程式        1 Rµ       Rgµ + gµ = 8 GTµ        2      時空の歪み    宇宙項    物質の分布 主要な宇宙論パラメータ                 ...
距離の梯子            年周視差            H-R図            セファイド型変光星            超新星            T-F関係・F-J関係順番に遠い距離まで物差しを伸ばす
Ia型超新星距離の梯子として非常に便利な天体(1) とても明るい! → 遠くにあっても見える(2) どれもそっくり! → 明るさから距離がわかる(3) 今も昔も一緒! → 遠く(昔)の距離も測れる(4) 性質がわかっている!          ...
2011年度ノーベル物理学賞           2011遠方超新星を用いた加速膨張宇宙の発見
本講義で扱ったテーマ❖   太陽系(佐々木)❖   星惑星形成(佐々木)❖   系外惑星(佐々木)❖   銀河系・近傍銀河(松井)❖   初期宇宙と構造形成(石山)❖   宇宙論・超新星(高梨)
われわれはどこから来たのかわれわれは何者かわれわれはどこへ行くのか           -Paul Gauguin
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  1. 1. 天文学概論(第14回) 全体のまとめ∼太陽系から宇宙論まで∼ 東京工業大学 佐々木貴教
  2. 2. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  3. 3. 宇宙の空間的拡がり 恒星(惑星系) 銀河群・銀河団 惑星 銀河 宇宙の大規模構造サイズ小 サイズ大
  4. 4. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  5. 5. 太陽系の構成メンバー地球型惑星  水星  金星 巨大ガス惑星 巨大氷惑星  地球    木星   天王星  火星    土星   海王星
  6. 6. 各天体の軌道 短周期彗星の巣隕石の母天体
  7. 7. さらに遠くまで広がる太陽系 天文単位(AU) 太陽から地球までの距離 (約1億5000万km) 「オールトの雲」 = 長周期彗星の巣
  8. 8. 探査機「はやぶさ」の軌跡2003年5月 打ち上げ2005年夏∼ 小惑星イトカワに到着 表面の観測 表面物質の資料採取2010年6月 地球に帰還2010年10月 資料中から微粒子を検出!小惑星への到着&帰還は工学実験探査機として快挙小惑星の物質は太陽系の謎を解く鍵を与える!
  9. 9. 巨大天体衝突による月形成 原始地球に火星サイズの 原始惑星が衝突 飛び散った破片が地球の 周囲に円盤を形成 円盤中で月が誕生!
  10. 10. 生命を宿す可能性のある太陽系内天体 =液体(水)が存在する天体 火星   エウロパ (木星の衛星)   タイタン (土星の衛星)
  11. 11. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  12. 12. 星形成の流れ星の材料:宇宙に漂うガス(星間分子雲)(1)星間分子雲の収縮とコアの形成 星形成の(2)原始星の形成と成長 3段階(3)主系列星への進化・星は1個だけで生まれることは少ない・数10個∼数100個の星が同時に生まれること が多い(星雲・星団)・軽い星ほど多く生まれる
  13. 13. 様々な質量の星の一生 33
  14. 14. 惑星形成原始惑星円盤内:塵 → 微惑星 → 原始惑星 → 惑星 巨大氷惑星形成 ©Newton Press
  15. 15. 原始惑星系円盤 分子雲コアの収縮!    重力と遠心力のつりあい!  原始惑星系円盤が形成 原始星 T タウリ型星 分子雲コア 原始惑星系円盤
  16. 16. 微惑星の合体成長 数kmサイズの 微惑星が形成 ↓ 互いに衝突・合体 を繰り返し成長暴走成長により少数の微惑星が急成長 ↓ 火星サイズの 原始惑星が形成
  17. 17. ジャイアントインパクト原始惑星同士の巨大天体衝突を繰り返し, 現在の惑星へ
  18. 18. 巨大ガス惑星の形成原始惑星に円盤ガスが暴走的に流入 → ガス惑星へ
  19. 19. 巨大氷惑星の形成円盤散逸後に原始惑星が形成 → ガスを纏えず氷惑星へ
  20. 20. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  21. 21. 1995年 初めての系外惑星発見! 199551 Pegasi b 46 発見者: M. Mayor & D. Queloz
  22. 22. 太陽系外惑星が続々と見つかる 2012年1月17日現在 発見数700個を超える! 太陽系とは全く姿の異なる 異形の惑星たち!
  23. 23. 視線速度法恒星が観測者に近づいたり遠ざかったりする → ドップラー効果によって   星の色が周期的に変化 → 恒星の速度の変化を観測惑星質量の下限値のみが決定中心星に近く質量の大きい惑星ほど発見しやすい(選択効果)
  24. 24. トランジット法惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測惑星の正確な質量が求まる & 大気成分が検出可能惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
  25. 25. 理論的に予想される惑星の多様性 巨大ガス惑星 Hot Jupiter 惑星の質量 [ME] 巨大氷惑星 地球型惑星 軌道長半径 [AU]
  26. 26. 様々な Habitable Planet g
  27. 27. 宇宙は地球であふれてる!? 理論計算 観測地球型惑星が大量に存在していることを示唆恒星の 23% が 0.5∼2.0 M地球 の惑星を持つ!?
  28. 28. ケプラー宇宙望遠鏡2009年3月に打ち上げトランジット観測により主に系外地球型惑星を探索
  29. 29. 「第二の地球」の発見へ向けて・巨大ガス惑星の発見(1995年)・惑星大気の観測(2002年)・惑星赤外線輻射(惑星の温度)の検出(2005年)・Super-Earth系の発見(2007年)・惑星の直接撮像(2008年)・地球型惑星・Habitable Planet の発見(2010年)・系外惑星リング・衛星の発見・地球型惑星の直接検出(測光&分光)・地球型惑星の大気成分・バイオマーカーの同定・地球外生命の発見!
  30. 30. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  31. 31. • 天の川の正体 • 銀河系(天の川銀河) 星の集まり • 銀河(天の川銀河)太陽系が所属する銀河:約1000億個の星々からなる棒状渦巻銀河・中心には巨大ブラックホール 前回の復習 • 天の川の正体 • 星の集まり • 銀河(天の川銀河) 銀河中心 25000光年 銀河中心 太陽系 25000光年 太陽系
  32. 32. 1. 様々な波長でみた天の川銀河様々な波長で見た天の川 様々な波長でみた天の川 電波 赤外線 近赤外線 可視光線 X線・γ線
  33. 33. 天の川銀河の模式図 天の川銀河の模式図大質量ブラックホール(太陽質量の100万倍以上) 銀河バルジ(星) 円盤(星+星間ガス) 星は1011個程度 ダークハロー(ダークマター) ダークハローの質量は1011個程度
  34. 34. 前回の復習銀河の種類:ハッブルの分類 • 銀河の種類(ハッブルの分類) 渦巻き銀河 楕円銀河 棒渦巻き銀河
  35. 35. 銀河衝突と爆発的星形成 銀河衝突と爆発的星形成 2つの銀河が相互作用して,爆発的な星形成(スターバースト)と星 団形成が誘発される.最終的には楕円銀河のような銀河が残る.映像:国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U) http://4d2u.nao.ac.jp/
  36. 36. 大質量ブラックホールの合体 大質量ブラックホール合体シナリオ 大質量ブラックホール 銀河 銀河合体 重力波放出大質量ブラックホール合体 大質量ブラックホールが 銀河中心に落ちて行く
  37. 37. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  38. 38. ることがわかっている。 ビッグバン宇宙論は宇宙初期の物質分布にもわずかな揺らぎが存在し 宇宙はビッグバンから始まり、その残光が宇宙マイを意味している WMAP クロ波背景放射(CMB)である僅かな揺らぎを核として、長い時間をかけて重力で 宇宙の大規模構造:初期の微少な揺らぎにより形成 COBE CMB、現在観測されるような構造ができた 最新の観測はダークマターの存在を予言している WMAP CMB ( )20 WMAP
  39. 39. 現在の宇宙像 NASA/WMAP
  40. 40. 新の宇宙モデル 最新の宇宙モデルるもの物質 ) 23% © WMAP寄与 ・バリオン 4.6%:原子など目に見えるもの ・ダークマター 23%:重力のみはたらく ・ダークエネルギー 72%:宇宙膨張に寄与 %
  41. 41. 冷たい暗黒物質に支配された宇宙の構造形成 構造形成シミュレーション宇宙初期に存在した小さな空間スケールの密度ムラが,重力により大きな構造へと合体成長する(階層的合体成長). 冷たい暗黒物質に支配された 宇宙の大規模構造形成 冷たい暗黒物質に支配された宇宙の構造形成 冷たい暗黒物質に支配された宇宙の銀河形成 宇宙初期に存在した小さな空間スケールの密度ムラが,重力により大きな構造へと合 体成長する(階層的合体成長). 冷たい暗黒物質に支配された宇宙の銀河形成映像:国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U) http://4d2u.nao.ac.jp/ 矢作日出樹(京都大学; N体シミュレーション) 長島雅裕(長崎大学; 銀河モデル) 宇宙の銀河形成映像:国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U) http://4d2u.nao.ac.jp/ 映像:国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U) http://4d2u.nao.ac.jp/
  42. 42. 初代星 (Pop III) 初代星形成 © Hosokawa et al. 2011
  43. 43. 階層的構造形成
  44. 44. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  45. 45. 宇宙図の見方① 宇宙を見ることは、昔を見ること  遠方の天体ほど過去の姿② 見える宇宙と見えない宇宙がある  宇宙図のしずく型の部分が見えている宇宙③ 宇宙では、遠くの「距離」は要注意  光が到達するまでに宇宙は膨張する④ 宇宙は「科学の眼」で見えてくる  宇宙を理解するには科学的思考が不可欠
  46. 46. 一般相対論的宇宙モデルアインシュタイン方程式 1 Rµ Rgµ + gµ = 8 GTµ 2 時空の歪み 宇宙項 物質の分布 主要な宇宙論パラメータ 宇宙の時空間ハッブル定数 密度パラメータ (年齢や曲率)減速係数 曲率係数 宇宙項 についての情報
  47. 47. 距離の梯子 年周視差 H-R図 セファイド型変光星 超新星 T-F関係・F-J関係順番に遠い距離まで物差しを伸ばす
  48. 48. Ia型超新星距離の梯子として非常に便利な天体(1) とても明るい! → 遠くにあっても見える(2) どれもそっくり! → 明るさから距離がわかる(3) 今も昔も一緒! → 遠く(昔)の距離も測れる(4) 性質がわかっている! 非常にレアな現象 → 安心して利用できる 1個/銀河/100年
  49. 49. 2011年度ノーベル物理学賞 2011遠方超新星を用いた加速膨張宇宙の発見
  50. 50. 本講義で扱ったテーマ❖ 太陽系(佐々木)❖ 星惑星形成(佐々木)❖ 系外惑星(佐々木)❖ 銀河系・近傍銀河(松井)❖ 初期宇宙と構造形成(石山)❖ 宇宙論・超新星(高梨)
  51. 51. われわれはどこから来たのかわれわれは何者かわれわれはどこへ行くのか -Paul Gauguin
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