fc2ブログ

Diana Panton

Posted by moonrainbow on 06.2022 癒しの音楽   0 comments   0 trackback
Manha de Carnaval

ビックバンから5億年後の宇宙

Posted by moonrainbow on 06.2022 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
ビックバンから5億年後の宇宙で銀河回転のはじまりに迫る

銀河MACS1149-JD1の想像図
132.8億光年かなたの銀河MACS1149-JD1の想像図
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

早稲田大学、筑波大学、国立天文台および四国学院大学の研究者を中心とした国際研究チームは、132.8億光年かなたの銀河を観測し、銀河が回転している兆候を見つけました。これまでに見つかった中で、最遠方の回転円盤銀河です。その回転速度は秒速50キロメートルほどであり、天の川銀河の回転運動に比べて遅く弱々しいため、回転運動が発達していくそのはじまりをとらえたと考えられます。銀河の形成過程を理解するための大きな手がかりとなることが期待されます

私たちが住む天の川銀河は円盤状の構造をもち、その円盤は回転運動をしています。回転速度は秒速220キロメートルもあり、この猛烈な速さによる遠心力と重力がつりあって形を保っています。このような回転円盤銀河が、宇宙の歴史上いつごろできたのかということについては長年研究されてきました。最近の研究では、120億年以上前の宇宙でも、巨大な回転円盤銀河や渦巻銀河が見つかっています。一方、130億年ほど前の宇宙の銀河では、ある程度の回転運動が見られるものや、逆に回転運動がほとんど見られないものが見つかっています。銀河の回転運動の起源に迫りつつある状況でした。

最初期の銀河が回転運動をしているのかどうか調べることは、銀河の形成過程を理解するうえで重要な手がかりになります。回転運動は、例えば、お風呂の水を抜くときに、排水溝に向かう水が渦を作る様子に似ています。もし回転運動をしていれば、銀河へのガスの流入が整然として継続的にあり、その流れの中で星が生み出されて銀河が形作られたと考えられます。逆に、回転運動が無ければ、小銀河の衝突を繰り返すような激しい出来事を経て銀河が形作られたと考えられます


銀河の回転を測定する方法の解説
銀河の回転を測定する方法の解説。「光のドップラー効果」による波長のずれを測定する。
Credit: Tokuoka et al.

早稲田大学大学院先進理工学研究科修士課程2年(当時)の徳岡剛史氏と、同理工学術院の井上昭雄教授、筑波大学の橋本拓也助教、国立天文台および早稲田大学の菅原悠馬研究員、四国学院大学の清水一紘准教授らの研究グループは、人類の知る最も遠い銀河の一つである、132.8億光年かなたのMACS1149-JD1という銀河をアルマ望遠鏡で観測しました。この銀河は以前にもアルマ望遠鏡で観測されていましたが、今回の観測では空間分解能を2.5倍高めた観測を行いました。その結果、銀河内部の構造や運動を調べることが可能になり、回転運動の兆候をとらえることに成功しました。

「私はとてつもなく遠くにある銀河が、どのような姿で、どんな運動をしているのだろうと想像しながら研究していました。皆さんにも是非、そんな想像を膨らませて、わくわくしていただければと思います。」と徳岡剛史氏は語っています。また、「MACS1149-JD1の回転速度は秒速50キロメートルほどであり、後の時代の銀河や天の川銀河の回転運動に比べて弱々しいものでした。今回の観測は、銀河の回転運動が発達していくその始まりを捉えたと考えられます。」と井上昭雄教授は述べています


アルマ望遠鏡で取得したMACS1149-JD1
(左図)アルマ望遠鏡で取得したMACS1149-JD1の観測速度マップ。等高線はO2+イオンガスの明るさ分布を表し、速度測定が十分にできた領域のみ、青から赤のグラデージョンでガスの速度を表す。赤色は私たちから遠ざかる方向に、青色は私たちに近づく方向にガスが動いていることを示す。赤から青へのグラデーションが見えていることは、ガスが円盤状に回転している可能性を示す。速度の単位はキロメートル毎秒。左下の楕円は観測データの空間解像度のサイズを表す。(右図)回転速度などの物理量を導出するために作成した、速度マップに対するベストフィットモデル。
Credit: Tokuoka et al.

Toku銀河の回転運動の比較
MACS1149-JD1の回転運動と後の時代の銀河の回転運動の比較。回転速度と速度のバラつきの比が大きいほど、回転運動が支配的であることを示す。
Credit: Tokuoka et al.

さらに、MACS1149-JD1の質量についても知見が得られました。今回の観測から、MACS1149-JD1の直径は約3,000光年と測定され、回転速度の情報と組み合わせると、その質量は太陽の約10億倍と推定されました。これは、以前にMACS1149-JD1のスペクトルの概形と光度から推定された質量と一致しています。当時、この質量の大半は、観測時点からさらに2~3億年さかのぼった時期に生まれた恒星たちで担われていると結論づけられています。つまり、MACS1149-JD1は、ビッグバン後2.5億年頃に形成された銀河であり、観測時点(5億年頃)には、その回転円盤を形作り始めた段階にあると言えます。

現在観測可能な最古の宇宙での銀河形成に関して、天の川銀河のような円盤銀河の誕生の瞬間に迫る成果が得られました。昨年12月に打ち上げが成功したジェームズウェッブ宇宙望遠鏡を使えば、今回とは別の波長帯のさらに高空間分解能な観測が可能です。MACS1149-JD1もジェームズウェッブ宇宙望遠鏡の初年度のターゲットとなっており、年齢3億年の若い恒星でできた回転円盤や、誕生直後の若い恒星の分布などが明らかになると考えられます。引き続き、銀河形成の全貌解明に挑んでいきます


国立天文台より
2022年7月 1日

Michele McLaughlin

Posted by moonrainbow on 05.2022 癒しの音楽   0 comments   0 trackback
Out of the Darkness

M87銀河の中心

Posted by moonrainbow on 05.2022 天の川   0 comments   0 trackback
M87銀河の中心の電波観測データを独立に再解析

楕円銀河M87の中心の電波画像

今回の再解析で得られた楕円銀河M87の中心の電波画像。右上の図で示すブラックホール周辺の拡大図では、「コア構造」(中央下寄りの赤い円形部分)と「ノット構造」(中央右と右下のやや縦長な部分)が見られる。広域の図では、画像の右上に向かって伸びるジェット構造が見られる。なお、右端の赤い点はリアルな存在ではなく、画像を構築する手法によって引き起こされたものである

今回の再解析で得られた楕円銀河M87の中心の電波画像。左上の図で示すブラックホール周辺の拡大図では、「コア構造」(中央下寄りの赤い円形部分)と「ノット構造」(中央右と右下のやや縦長な部分)が見られる。広域の図では、画像の右上に向かって伸びるジェット構造が見られる。なお、右端の赤い点はリアルな存在ではなく、画像を構築する手法によって引き起こされたものである(詳しくは論文を参照)。(クレジット:Miyoshi et al.) オリジナルサイズ(226KB)
イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)が取得した楕円銀河M87の中心の観測データを独立に再解析した結果、異なる特徴を持った画像が得られたという研究が報告されました。観測データや解析手法を公開して、研究者の間で広く検討と議論を進めることで、より確からしい結果に近づけるという現代科学の研究プロセスの一環です。

2017年4月に国際共同観測プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)」によって取得された、楕円銀河M87の中心の電波観測データおよびその解析手法は、世界に広く公開されています。これをEHT以外の研究者が独立に再解析し、EHTが発表した結果についての検証を進めています。実際に、さまざまなチームが、再解析の結果を研究論文として詳細に報告しています。

国立天文台の三好 真(みよし まこと)助教、理化学研究所の加藤成晃(かとう よしあき)研究員(研究当時)、神戸大学の牧野淳一郎(まきの じゅんいちろう)教授で構成される研究チームは、このM87のデータを標準的なツールを用いて再解析するとともに、データが持つ性質を調べました。その結果得られた画像には、EHTが示したリング状の構造ではなく、中心部分にある「コア構造」と、そこから伸びている宇宙ジェットおよびその一部とみられる「ノット構造」が現われています。宇宙ジェットは超巨大ブラックホールの多くに伴うものですが、M87の中心部から伸びる長大なジェットは100年以上前から知られており、これまでにも多くの研究がされています。今回の解析で得られた画像はその根元付近を捉えたものだと、研究チームは考えています。この時のEHTの観測は、参加した望遠鏡がまだまだ少なく、約40マイクロ秒角(1秒角の25000分の1)の構造を再現するために必要なデータが、それ以外の大きさの構造に対応するデータに比べて少なくなってしまったことから、EHTが得た画像には約40マイクロ秒角の大きさのリング状の構造ができてしまったのだろうと研究チームは指摘しています。

この研究は、複数の研究チームが観測データや解析手法をまったく独立に検討するという、現代科学が歩むべき健全で正常なプロセスの重要性を示しています。今後、データのさらなる再解析や手法の検討、計画されている追観測などを通じて、M87の中心とそこから噴き出しているジェットの構造について、より確からしい知見が得られていくと期待されます。

本研究成果は、Miyoshi M. et al. “The Jet and Resolved Features of the Central Supermassive Black Hole of M87 Observed with the Event Horizon Telescope (EHT)”として、米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル』に2022年6月30日付で掲載されます。現在プレプリントが公開されています


2022年6月30日
国立天文台より

Ennio Morricone

Posted by moonrainbow on 04.2022 癒しの音楽   0 comments   0 trackback
Le vent, le cri

水素やヘリウムでできた大気を持つ惑星にも液体の水が存在するかも?

Posted by moonrainbow on 04.2022 宇宙   0 comments   0 trackback
水素やヘリウムでできた大気を持つ惑星にも液体の水が存在するかも?

岩石惑星の想像図
【▲ 水素とヘリウムでできた大気を持つ岩石惑星の想像図。こうした惑星にも液体の水でできた海(Liquid water ocean)が存在するかもしれない(Credit: (CC BY-NC-SA 4.0) - Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich)】

液体の水は、生命が誕生する上で欠かせない重要な条件のひとつとみなされています。人類はこれまでに5000個以上の太陽系外惑星を発見していますが、地球外生命の探索という観点からは、主星(親星)に対して遠すぎず近すぎず、表面に液体の水が保持されている可能性がある領域「ハビタブルゾーン」を公転している系外惑星が注目されています

ハビタブルゾーンを公転している系外惑星のなかでも、特に注目されてきたのは地球に似た性質を持つ惑星です。しかし、オンライン学術誌「ネイチャー・アストロノミー」に2022年6月27日付で掲載された論文によると、地球に似ていない惑星でも液体の水を長期間保持できる可能性があるようです。

ベルン大学のMarit Mol Lousさんを筆頭とする研究チームは、水素やヘリウムを主成分とする大気を持つ惑星の表面で、液体の水がどれくらいの期間保持されるのかをシミュレーションで解析しました。その結果、質量や大気組成が地球とは異なる惑星でも、条件次第では何十億年にも渡って表面に液体の水が保持される可能性が示されたといいます。

■ハビタブルゾーンの外側にある惑星の表面でも液体の水が存在するかもしれない

惑星は若い星を取り囲む原始惑星系円盤で形成されると考えられています。原始惑星系円盤に含まれているガスの主成分は水素とヘリウムで、原始惑星系円盤からガスを取り込んだとされる木星や土星の大気も主に水素とヘリウムでできています。地球も形成されたばかりの頃は水素とヘリウムが主成分の大気を持っていたものの、この大気は失われ、後に内部から放出された二酸化炭素や水蒸気でできた大気が形成されたと考えられています。

研究チームによると、地球よりも質量が大きな岩石惑星(スーパーアース)は水素やヘリウムをより多く取り込むことができて、場合によっては原始的な大気をいつまでも保持できる可能性があるといいます。研究に参加したチューリッヒ大学のRavit Helled教授によると、十分な質量の原始的な大気があれば、現在の地球の大気と同じように温室効果がもたらされる可能性があるといいます。

そこで研究チームは、水素とヘリウムでできた原始的な大気を持つ惑星の表面で液体の水が維持される条件を調べるために、太陽のような恒星を公転するコア(核)の質量が異なる3種類の惑星を想定(コアの質量はそれぞれ地球質量の1.5倍、3倍、8倍)。公転軌道の半径と大気の質量が異なる何通りものシミュレーションを行った結果、恒星からの距離や大気の質量が条件を満たしていれば、原始的な大気を持つ惑星の表面でも50億年以上に渡って液体の水が保持される可能性が示されました。「液体の水に必要な条件が作り出される上で、このような大気が一役買うのかどうかを知りたかったのです」(Helledさん)

今回の研究では、恒星のエネルギー放射や惑星内部の放射性元素が崩壊したときに放出される崩壊熱も考慮した、80億年に渡る恒星と惑星の進化がシミュレートされています。研究チームによると、恒星から2天文単位(地球から太陽までの距離の2倍)以上離れている場合でも、十分な量の大気があれば液体の水が保持される可能性があるようです。

また、研究チームは恒星の光や熱がほとんど届かない惑星を想定した1000億年に渡る惑星の進化を改めてシミュレートしました。その結果、放射性元素の崩壊熱が主なエネルギー源となるような状況でも、液体の水が何百億年も保たれる可能性が示されたといいます。シミュレーションで最も長期間液体の水が保持されたのは「コアの質量が地球質量の10倍・大気の質量が地球質量の0.01倍」のケースで、液体の水は840億年間も保持されたようです。

つまり、地球外生命の探索で指標となっているハビタブルゾーンから外側に外れた領域を公転している惑星や、形成後に何らかの理由で惑星系から放り出された「浮遊惑星」(※)でも、その表面では非常に長い期間液体の水が保持される可能性が示されたことになります。研究に参加したベルン大学のChristoph Mordasini教授は「液体の水が利用できることは生命の前提条件である可能性があり、地球で生命が誕生するのにおそらく数百万年が必要だったことを考えれば、地球外生命の探索範囲が大幅に広がる可能性があります」と語っています。

※…英:free-floating planet、rogue planet。「自由浮遊惑星」や「はぐれ惑星」とも

ただし、研究チームは今回の結果を慎重に捉えており、Mordasiniさんも「私たちの結果は大変興味深いものの、疑ってかかるべきです」とコメントしています。液体の水が長期間保持されるためには惑星がその質量や軌道に応じて適切な量の大気を持っている必要がありますが、条件を満たすことがどれほど一般的なのか、そのような地球とは異質な環境下で生命が誕生する可能性がどれくらいあるのかはわからないとMordasiniさんは言及しています。

近年では自由浮遊惑星やその衛星に液体の水が保持される可能性や、水素が主成分の大気と広大な海洋を持つ地球よりも大きな岩石惑星「ハイセアン(Hycean)」での生命居住可能性に関する研究成果が発表されています。また、太陽系でも「エウロパ」「エンケラドゥス」「トリトン」といった衛星に内部海が存在し、生命が誕生している可能性が指摘されています。従来想定されてきたハビタブルゾーンとは異なる場所でも、生命はたくましく息づいているのかもしれません


Image Credit: Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich

2022-06-30
Soraeより
 

プロフィール

moonrainbow

Author:moonrainbow
昔、"地球の旅人"の頃




服と鞄と雑貨の販売をしています

カテゴリ

カレンダー

06 | 2022/07 | 08
- - - - - 1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31 - - - - - -

ブロとも申請フォーム

QRコード

QRコード