宇宙ってどれくらい大きいの?

Posted by moonrainbow on 22.2017 宇宙   0 comments   0 trackback
宇宙の大きさについて考えてみる(米天文学者)

宇宙

これまでに知られきた現実の大きさを巡るこの旅路の始まりは、既知と未知の境界にある(カレブ・シャーフ)

 天文学者でありアメリカ・コロンビア宇宙生物学センターのディレクターを務めるカレブ・シャーフが「大きさ」という観点で、あなたを壮大な宇宙の旅路に連れ出そうとしています

 彼の新刊『The Zoomable Universe(拡大して眺める宇宙)』では、観測可能な宇宙の終わりから始まって銀河団のような宇宙最大の構造を探索し、次いでプランク長までの極小の世界へと誘う。マクロとミクロの息を飲むような共演です。

大きさに興味が尽きない理由

 大きさは面白い。科学の視点から見れば、それは現実の基本的な性質です。それについて考えを巡らせることすらないほど当たり前のものなのです。私たちは時空について語る――そして、おそらく大きさや空間の性質よりも時間の性質について不思議に思うことでしょう。しかし、どちらも等しく神秘的です

宇宙1

ミクロとマクロ、大きさの神秘

 誰もがそれについて直接的で、直感的ですらある経験を有しています。私たちは物の大きさを測る方法を学びます。だが人間である私たちには、そこにある事物についてごくごく狭い一側面しか測れないのです。

 また私たちは非常に狭い範囲に収まる物の大きさについても知っているが、ある意味、極大の物より極小の物のほうが把握しにくいのです

 以下の画像を見てほしい。異星人がいる惑星みたいに見えるかもしれない。だがこれは象の皮膚にへばりついたシラミの複眼です

宇宙2
image credit:The Zoomable Universe

 原子については多少なりとも判明しています。だが、さらに小さな世界を見ようとすれば物事は不確かさの色合いを増します

 それは本質的に不確かであるという理由だけでなく、今の物理学がそうした世界ではより不完全なものでしかないからです。

 そこで何が起きているのか本当のことは分からないのです。それこそがプランク長の神秘である。大きなスケールなら、私たちは物事を実際に見ることができるし、それをグラフで表したりもできます


ある大きさでは、あまり現象が発生しなくなる。その背景にある謎のヒントだろうか?

 これについてはじっくり考えてみる価値があると思う。クォークがあり、その20桁小さな場所がある。それはとても小さな経験だが、同じようなものが大きなスケールでもある……星間空間の虚空です

 太陽系や地球、あるいは私たちの生物学的スケールでは、さまざまな現象が生じている。ここで私たちの洞察のほとんどが得られるし、ほとんどの知識が蓄積されるのもここです

 この大きさでは、実際には中身が変わらず空であるのに、物質が凝縮し、それによって物が固体のように見える。それは人間の文化的バイアスであろうか? それとも宇宙の性質について深遠な何がしかを告げているのだろうか?

 その答えははっきりとは分からない。だが、そこには私たちが形作られた仕組みや私たちがこの世界について考えるやり方に関する何かがある。私たちは明らかにそうした虚空に波長を合わせるようにはできてはいない

宇宙3

宇宙は我々人類を惹きつける

 私たちはそれゆえ宇宙に惹かれている

 その様子はあたかも星々が引きつけ合うかのようです。銀河にあるすべての星々を集めて、太陽系くらいの範囲に閉じ込めることはできるだろうか?

 衝撃的ではあるが、信じてほしい。彼は数年前試算した結果、「なんてことだ、本当にできるじゃないか」と思わずこぼしたことがあるという

宇宙4

 ということで、宇宙の壮大さと神秘、そして「大きさ」の観点からミクロとマクロを行き来できる、カレブ・シャーフ氏の本、The Zoomable Universe(拡大して眺める宇宙)は要チェックなのです

2017年11月18日
カラパイアより

銀河団Abell 370の画像中に複数の小惑星

Posted by moonrainbow on 18.2017 宇宙   0 comments   0 trackback
無数の銀河の深宇宙画像に小惑星の「フォトボム」

銀河団Abell 370と小惑星の軌跡
銀河団Abell 370と小惑星の軌跡。画像の縦横サイズは2分角(月の見かけの直径の約15分の1)(提供:NASA, ESA, and B. Sunnquist and J. Mack (STScI)、Acknowledgment: NASA, ESA, and J. Lotz (STScI) and the HFF Team、以下同)

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した無数の銀河の画像中に、複数の小惑星もとらえられていました。スナップ写真などに無関係な人が写り込んでしまう「フォトボム」の、いわば宇宙版です

スナップ写真や記念写真に偶然、あるいはわざと無関係な人が写り込む現象や行為のことを「フォトボム(photobomb)」といいます。天体写真であれば鳥や飛行機、人工衛星などの写り込みがフォトボムと言えます

その究極版とも呼べるような画像が、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)によってとらえられました。メインの観測ターゲットは数十億光年も彼方にある銀河、そこに写り込んでフォトボムを起こしたのは小惑星です

HSTは「フロンティア・フィールド」と呼ばれるサーベイ観測の一環として、他の天文衛星や望遠鏡と共に6つの銀河団の観測研究を行っています。画像はそのうちの1つ、くじら座の方向約40億光年彼方に位置する数百個の銀河の集まり、銀河団Abell 370です

数えきれないほど多くの銀河と共に、複数の白い曲線が見られますが、これらが「写り込んでしまった」小惑星たちの軌跡です。軌跡が曲がっているのは、HSTが地球を周回しながら観測を行っていることや地球が太陽の周りを回っていること、小惑星が公転することにより、地球から平均して「ほんの」2億6000万kmしか離れていない小惑星が背景の銀河に対して複雑に動いて見えるためです

画像中には22本の曲線が見られますが、複数のフィルターで撮影した画像を合成したために1つの小惑星が複数の線としてとらえられており、実際に写っている小惑星は5つです。また、画像中には、銀河団の重力による重力レンズ効果を受けて像が曲げられた、さらに遠方の銀河も青い弧状の線として写っています

この「フロンティア・フィールド」観測では、天球上で各銀河団のすぐそばに位置する「パラレル・フィールド」の観測も同時に行っています。銀河団Abell 370から約0.1度(月の見かけの約4分の1)離れたパラレル・フィールドを撮影したのが、次の画像です

無数の銀河と小惑星の軌跡
Abell 370の「パラレル・フィールド」にとらえられた無数の銀河と小惑星の軌跡

銀河団のように目立った天体はないものの、有名な「ハッブル・ディープ・フィールド」と同様、パラレル・フィールドにも渦巻銀河や楕円銀河などが無数に写っています。赤っぽく見える天体は、宇宙膨張によって天体からの光が大きく赤方偏移しているものと考えられ、最遠方の銀河である可能性が高いのです

そしてこの領域の画像でも、やはり7つの小惑星が20本の曲線として写り込んでいます。Abell 370やそのパラレル・フィールドは見かけ上、太陽系の惑星や多くの小惑星が存在する黄道面に近いところにあるため、フォトボムされやすいのも仕方のないことなのです

2017年11月10日
AstroArtsより

渦巻銀河「A1689B11」

Posted by moonrainbow on 17.2017 宇宙   0 comments   0 trackback
最近、ハワイのジェミニ天文台を使う国際的研究チームが、110億光年先にある渦巻銀河の発見に成功しました

渦巻銀河「A1689B11」

新しい観測技法で発見された渦巻銀河「A1689B11

「おまえが長く深淵を覗くならば、深淵もまた等しくおまえを見返すのだ」ドイツの哲学者、フリードリヒ・ニーチェのこの言葉がうっかり思い浮かんでしまったわけだが、全く関係ないかもしれない
 
 宇宙望遠鏡の設置以来、専門家はこれまでになかったほど宇宙の深淵(深奥)を覗き込めるようになった。彼らが遠くを見つめるほどに、そこに映る景色は古い時代のものへと遡ることになる。数十億年前の宇宙の姿を目撃することもできるのです

新しい観測技法で発見された渦巻銀河「A1689B11」

 これは重力レンズと分光器を組み合わせた新しい観測技法の賜物です。その渦巻銀河「A1689B11」はビッグバンからわずか26億年後には存在しており、今日までに発見されたものとしては最古かつ最遠の渦巻銀河です

渦巻銀河「A1689B11」1
渦巻銀河「A1689B11」image credit: James Josephides

 この銀河を発見したのは、オーストラリアのスウェイバーン工科大学、ASTRO 3D、フランスのリヨン大学、アメリカのプリンストン大学、イスラエルのヘブライ大学からの研究者が参加する国際的研究チームです

 天文学の切り札となった重力レンズを用いた観測法では、銀河団のような大きな天体を用いて、その後ろにある銀河の光を曲げたり、拡大したりする。この観測技法によって、これまでは不可能だった高解像度で太古の銀河を研究できるようになりました。110億年前を覗き込み、銀河で最初に形成された原始的な渦巻きの腕を直接目撃できるのです

 チームは次いでジェミニ北望遠鏡の近赤外分光装置(Near-infrared Integral Field Spectrograph)で、その構造と性質を検証しました
 
 エドウィン・ハッブルが考案した分類法(ハッブル分類)によると、銀河は形状に応じて大きく楕円銀河、レンズ状銀河、渦巻銀河の3種と、それらに当てはまらない不規則銀河に分けることができます

渦巻銀河「A1689B11」2
image credit:NASA, ESA, L. Calcada

渦巻銀河の発見は、宇宙の歴史を知る手がかりに

 これに関して、件の渦巻銀河の発見は、それが楕円状から現在の形に変化し始めた時期とプロセスを知るには決定的なことだという

 プリンストン大学のレンユエ・セン氏は、「A1689B11のような太古の渦巻銀河の研究は、ハッブル分類が出現した原因と時期を解き明かす鍵になります。渦巻銀河は初期の宇宙ではきわめて珍しく、今回の発見は、混沌とした荒々しい円盤状から天の川のような穏やかで薄い円盤へと銀河が遷移する仕組みを調査する扉を開くことでしょう」と語る

 今回の研究では何よりもA1689B11が持つ驚くべき特徴が明らかになっている。それは宇宙の歴史におけるこの期間ついて私たちの理解を助け、場合によって覆す可能性があるものです

 銀河は今日存在する銀河の20倍という速さで恒星を作り出している。初期宇宙にあった同じくらいの質量の若い銀河と同じくらいの速さです

 しかし同時期の他の銀河とは違い、A1689B11は非常に冷たい薄い円盤状で、ほとんど乱れることなく穏やかに回転している。こうした渦巻銀河がこの時代の宇宙で発見されたことはこれまでになかったのです

渦巻銀河「A1689B11」3
image credit:Gemini Observatory at sunset - Gemini Observatory - Wikipedia

 同研究チームは今後もその構造と性質を分析し、同時期の渦巻銀河と比較したいと考えています。特に彼らが関心を持つのは、渦巻銀河の腕が出現した時期です

 この腕は、太古の楕円銀河と現在の渦巻銀河・レンズ状銀河・不規則銀河とのある種の境界線のようなものです

 2019年にはNASAがジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を打ち上げ予定です。今回の研究や今後発表が予定される研究は、宇宙に存在した最初期の銀河について重要な情報をもたらすと期待されています

渦巻銀河「A1689B11」4
image credit:James Webb Space Telescope Mirror37 - James Webb Space Telescope - Wikipedia

2017年11月12日
カラパイアより

超新星「iPTF14hls」

Posted by moonrainbow on 15.2017 宇宙   0 comments   0 trackback
超新星爆発後も生き続ける「ゾンビ」星(超新星「iPTF14hls」)を観測

ゾンビ」星1

超新星爆発を起こした恒星は通常、100日間にわたり輝きを保った末に光を消すが、超新星「iPTF14hls」は600日間にわたり明滅を続けました。そんな研究結果がこのほど、英科学誌ネイチャーに発表されました。こうした長期間に及ぶ超新星爆発はこの種の現象として初のものである可能性もあります

iPTF14hlsが最初に観測されたのは2014年9月。米カリフォルニア州にある観測所の天文学者らは当時、これをごく普通の現象と考え、放出された物質やその速度を研究するため爆発の光を分析しました

しかしカリフォルニア大学サンタバーバラ校所属の同観測所のインターンが、この超新星爆発に関して奇妙な点に気付き、同大のポストドクター研究員に報告しました

今回の論文の筆頭著者である同研究員はメールで、「最初はわれわれの銀河の近傍にある何らかの恒星が単に輝度を変化させているのだろうと思った」と言及。「しかしこの恒星のスペクトラムを初めて取得した際、実際には5億光年離れたところにある超新星だと分かった」と述べました。5回にわたり明滅を繰り返す異例の超新星を目撃したのは初めてのことで、驚がくしたという

ゾンビ星

天文学者のチームは、過去のデータを調査することを決断。同恒星は1954年に爆発が観測されており、この爆発を生き延びて今回再び爆発したことを発見しました。同恒星が今回の爆発後も生き続けていることも分かりました

この恒星の大きさは太陽の50倍以上で、爆発自体もこれまでに観測された中で最長の期間にわたっています。観測史上最も大規模な超新星爆発である可能性もあるというのです

恒星の死に関する現在の理解が今回のケースに当てはまらない理由は、こうした爆発の規模により説明できるかもしれない

2017.11.09
CNNより

超巨星ナオス

Posted by moonrainbow on 08.2017 宇宙   0 comments   0 trackback
超巨星ナオスの光点が生み出す恒星風内の渦構造

とも座ζ星ナオスの想像図
とも座ζ星ナオスの想像図(提供:Tahina Ramiaramanantsoa)

約1080光年彼方の超巨星ナオスの表面に複数の巨大な光点が存在し、恒星風の中に渦を巻く大規模な構造を作っていることが明らかになりました

冬の星座の一つ「とも座」に輝く2等星、とも座ζ(ゼータ)星「ナオス」は、恒星の進化における超巨星の段階にある星です。太陽と比べると質量は60倍以上もあり、表面温度は7倍も高い(4万度以上)という高温大質量星です。こうした大質量星は数が少なく、通常は連星系を成す星のうちの一つとして見られますが、ナオスは単独で存在する珍しい存在の超巨星です

カナダ・モントリオール大学のTahina Ramiaramanantsoaさんたちの研究チームは、カナダ・トロント大学航空宇宙学研究所のミッション「BRITE (BRIght Target Explorer) Constellation」の5機のナノ探査衛星を使って、ナオスの表面の明るさを6か月にわたってモニター観測しました。同時に、地上からは恒星風の様子もモニター観測しました

「観測の結果、1.78日周期のパターンが星の表面と恒星風の両方で繰り返されていることが明らかになりました。周期的な信号は、表面に巨大な動かない光点を複数持つ星の自転を反映するものであり、この光点によって恒星風の中に大規模な渦のような構造が形成されています。恒星風に含まれる電離ヘリウムが発する特定の波長の光を調べたところ、光点によって恒星風内に誘発された、星と共に自転し相互作用する領域『CIRs(co-rotating interaction regions)』から伸びる腕が描くS字模様がはっきりとみられました」(Ramiaramanantsoaさん)

研究チームは1.78日周期に加えて、ナオスの表面で数時間単位で起こるランダムな明るさの変化も検出しています。これは、星から外へ向かって移動する恒星風内に存在する、高密度で小さな領域のふるまいと密接な関係にあるようです

「実にエキサイティングな結果です。星の表面の変化と恒星風内の高密度領域という、どちらも本質的にランダムな両者の間にある直接的な関係を示す証拠を、初めて発見したのです」(モントリオール大学 Anthony Moffatさん)

高温大質量星の表面の変化と恒星風の変化との関連性は数十年間謎のままだったが、BRITE Constellationのナノ衛星による観測とアマチュア天文家からの協力を受けた今回の研究は、大質量星の研究における重要な発見となった。光点の物理的な起源やランダムな明るさの変化の理由は今後の調査課題であり、謎の解明には小さなものを含め世界中の天体望遠鏡や衛星観測が必要になるでしょう

2017年10月31日
AstroArtsより
 

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