宇宙観の変遷 膨張する宇宙 超新星と観測的宇宙論

1. 天文学入門講座「宇宙論入門」 • 宇宙観の変遷 • 膨張する宇宙 • 超新星と観測的宇宙論 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.そして諸注意 【 天文学とはどんな学問か】

3. 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. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. ２.膨張する宇宙

13. ２.膨張する宇宙 【 定常宇宙論の落とし穴】 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？”

14. ２.膨張する宇宙 【 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

15. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】

16. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】

17. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】

18. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】

19. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】 無限に遠くまで見た場合

20. ２.膨張する宇宙 【 オルバースのパラドクス 】 実際には・・・なぜ？？ 宇宙は無限ではない！

21. 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. １.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. １.膨張する宇宙 【 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？

26. １.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

27. １.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

28. １.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

29. １.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

30. １.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

31. １.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

32. ２.超新星とはなにか

33. ２.超新星とはなにか 【 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

34. ２.超新星とはなにか 【 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

35. ２.超新星とはなにか 【 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

36. ２.超新星とはなにか 【 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

37. ２.超新星とはなにか 【 ここまでのまとめ】 • 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

38. ３.超新星と観測的宇宙論

39. 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！

40. 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

41. 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. ３.超新星と観測的宇宙論 実際に超新星を探してみましょう

45. ３.超新星と観測的宇宙論 【第1問】 2003年5月に撮像 2003年6月に撮像

46. 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

47. ３.超新星と観測的宇宙論 【第3問】 2003年5月に撮像 2003年6月に撮像

48. 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

49. 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

50. ３.超新星と観測的宇宙論 【 真の明るさを知る難しさ】 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 おもて？ うら？