球状星団における変光星について

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えりかにかどり
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1 球状星団 M3 の変光星研究者名 : 村仲渉石其優季神田彩子山崎すばる担当教諭 : 湯川歩 1. 研究の動機東京大学木曽観測所 ( 木曽町三岳 ) が主催する銀河学校 2007 にメンバーの内二人が参加しそこで教わったことを生かし今回新たな二人のメンバーと共に研究を進めていくことにした本研究テーマを決めるにあたって地学の教科書の中にある M3 の HR 図 ( 右図 ) を見てその中に他とは孤立したかたまりがあることに興味を持ち天文関係の書籍や東京大学木曽観測所の三戸洋之氏のご助言を参考にして調べていく中で球状星団 ( 注 1) 内の星の中には変光周期の短い変光星 ( 注 2) があることを知ったそこで変光星とそうでない星には明るさと色の関係に違いがあると推測しそれを実証するため研究を行った < 注 1 球状星団 > 恒星が互いの重力で球状に集合したものをいう我々の銀河で球状星団は 150 個ほどが見つかっている球状星団に含まれる恒星の数は数万から数百万個にもおよぶという個々の恒星は球状星団の中心をめぐる運動をしていると思われるが質量が複雑に分散している中を運動するため太陽系の惑星のように楕円運動とはいかないようだ球状星団に含まれる恒星は青白い星から赤い星まであるが特に明るい星は恒星の末期状態であるという赤色がほとんどである < 注 2 変光星 > 恒星の一種で明るさが変化する星のこと星の表層の周期的な膨張収縮または星の外層や大気の爆発によって変光するもののほか星が隠れたり表れたりすることで見かけ上の光度が変わり変光星として観測される場合などもあり変光する原因はさまざま 2-1

2. 研究の方法 (1) 画像入手同じバンド ( 注 3) 同じ露光時間で数時間の間隔をおいて撮影した球状星団の写真を準備する今回は国立天文台データセンターのサイト SMOKA (Subaru Mitaka Okayama Kiso Archive) から木曽 105cm シュミット望遠鏡 ( 木曽観測所 ) で撮影した M3 の画像を入手した M3 < 注 3 バンド >

2 2. 研究の方法 (1) 画像入手同じバンド ( 注 3) 同じ露光時間で数時間の間隔をおいて撮影した球状星団の写真を準備する今回は国立天文台データセンターのサイト SMOKA (Subaru Mitaka Okayama Kiso Archive) から木曽 105cm シュミット望遠鏡 ( 木曽観測所 ) で撮影した M3 の画像を入手した M3 < 注 3 バンド > 特定の波長の光しか通さないフィルターのこと今回は R バンド ( 赤のフィルター ) と B バンド ( 青のフィルター ) の画像を使用した (2) 一次処理画像を一次処理 ( 注 4) して研究できる状態にする < 注 4 一次処理 > 星を撮影する CCD カメラの CCD( 光を感知する素子 ) にはそれぞれ特性 ( クセ ) がある一次処理とは CCD の特性を補正して星本来の画像を作り出すこと 2-2

3 (3) 星の明るさを求める M3 の半径 400 ピクセル内の星ひとつひとつをすばる画像処理ソフト makalii( マカリ ) を用いて測光するこの条件で M3 の中心部に位置して測光ができない星を除く約 600 個の星を観測対象とする実際に測光した星を以下の図に示す (4) 変光星を探す 1 ブリンクを用いて変光星を探す makalii のブリンク機能 (= 画像を交互に表示する機能 ) を使って時間差のある同じバンドの画像を対比し明るさの異なっている星を探す 2-3

4 この作業の結果 23 個の変光星を見つけた 2 測光したデータを元に変光星を探す時間差のある同じバンドの画像を測光し一方のカウント (= 測光した明るさの数値 ) からもう一方のカウントを割った値が平均値からかけ離れているもの (= 明るさの変化が大きい ) を変光星とする 2 つの画像における明るさの比明るさの対数比測光番号 2-4

5 今回の研究では平均値が log0.03 だったため計算結果が平均値から ±0.2 を超える x<log-0.23,log0.17<x のものを変光星と定義しこの条件を満たす 35 個の星を見つけた (5) 星の色を求める R バンドの測光結果と B バンドの測光結果を対比するここでは R バンドのカウントを B バンドのカウントで割った値を求める (6) HR 図を作る色と明るさのデータをもとに HR 図 ( 注 5) を作りその相関関係を調べる < 注 5 HR 図 > 正式名称 Hertz Sprung Russell 図横軸に色縦軸に明るさをとりその相関関係を調べる分布図更に HR 図の中で変光星の分布に特徴があるか ( 色や明るさの分布が他と違うか ) を調べる 3. 結果明るさ (log) M3 の HR 図 R/B 2-5

6 M3 内の変光星の HR 図明るさ (log) R/B M3 全体の HR 図は明るい星が赤く暗くなるにつれ赤い星と青い星にわかれるという特徴をつかんだ教科書に書いてあるものに近い HR 図ができたしかし文献を調べた中で変光星の HR 図は一か所に集中すると書いてあったが今回の研究では変光星の分布は一か所に集中せず全体的に青っぽい星であることしかわからなかった 4. 考察今回変光星を求めるために使用した画像が 2 枚だけだったことや測光の作業に慣れていないことが変光星の HR 図がうまく書けなかったおもな原因だと思う今後は調査対象とする画像の数を増やしもっと正確なデータが出せるようにしたいまた変光星が変光する仕組みやなぜ球状星団に存在するかほかの球状星団での HR 図上での分布はどうなっているかなども調べてみたい 2-6

7 5. 感想今回の研究はつまづく点が多くて予想以上に時間がかかってしまった球状星団についての知識変光星についての知識がなかったので今回の研究でいろいろと勉強になったまだ画像処理測光など makalii の操作に慣れていない点があったのでもっと技術を上達させて使いこなせるようし天文の知識をより深いものにしていきたい ( 村仲 ) 課題研究は自分にとってとても有意義なものだった仲間とはっきりした1つの目標に向かい目にみえて成果をあげる研究を進めることは楽しかったし今回天文も研究をすることで私は天文だけでなくたくさんのことを学ぶことが出来たそれはありきたりかもしれないが研究というものの仕方誰かと何かを為すということ可能性を見つけたときの興奮妥協や失敗そして何かを発見したときの喜び疲れたり怒られたり嫌になったりしたがそれでも研究をして良かったそう思えるようになって良かったと思う今回の研究は自分 1 人では決して出来ないことだった仲間と協力してくださった湯川先生三戸さんにはとても感謝しているちゃんと終わらせることが出来て良かったみんなお疲れ様 ( 石其 ) まったく未知の分野に踏み込んで初歩的な知識からの導入だったそのわりには取り組みに対する意欲が足りなかったと反省している星やその観測のメカニズムについて私が得た知識はほんのさわり程度なのだろうけれど例えば太陽を含めた恒星が気体でできていること自体が私にとっては大きな驚きだった広い目で見て自分たちを取り巻く環境なのに本当にまったく知らなかった分野なので少し世界が広がった気がした思うようには研究が進まなかったり理解できなかったりしたけれど進んでいくなかでわかっていくことや考えることが終盤に近づくにつれてどんどん楽しくなったたくさん課題が残る研究になってしまったけれどいい経験ができたと思う三戸さん湯川先生ほか協力してくださった方々そしてメンバーのみんなに謝罪と感謝 ( 神田 ) 球状星団について知らないことばかりで理解するのが難しかったし研究が順調に進まないこともあって大変だったでも難しい操作を自分達で行って研究を進めていきわかったことには本当に感動した自分ひとりでは決して出来ない研究をメンバーと共に出来て楽しかったし色んなことを学んだ本研究で取り上げた球状星団は宇宙の星の内でほんの一部だがその中にだけでもいくつも発見があるなら宇宙には数え切れないくらいの謎があって面白いなとおもった今回研究に力をかしてくださった三戸洋之さん湯川先生メンバーのみんなありがとうございました ( 山崎 ) 2-7

8 6. 謝辞本研究は東京大学木曽観測所で収集され国立天文台天文データセンターで管理されているサイト SMOKA(URL: から入手した資料に基づいています今回の研究にあたり木曽観測所の方々に研究の協力をいただきました特に三戸洋之氏には研究の方法に関するご指導ご助言をいただくなど多大なご助力をいただきましたありがとうございました 7. 参考文献地学の教科書地学 Ⅰ 新訂版 ( 実教出版 ) 半田利弘はじめての天文学 ( 誠文堂新光社 ) 沼澤茂美脇屋奈々代 140 億光年のすべてが見えてくる宇宙の辞典 ( ナツメ社 ) 二間瀬敏史図解雑学宇宙 137 億年の謎 ( ナツメ社 ) 嶺重慎有本淳一カラー版はじめての天文学 - 星銀河とわたしたち- ( 岩波ジュニア新書 ) 月光天文台ホームページ Wikipedia( 変光星について ) Wikipedia( 球状星団ついて ) 2-8

そのものの光の色は判断できないが B( 青 ) と V( 緑 ) のフィルターに通して撮像することによって青色の光と緑色の光の強さを区別し後の測光作業でカウント値として数値化するための準備ができる B フィルターで撮像するときは Ⅴフィルターで撮像するときよりも露出時間を長くとったこれは B

そのものの光の色は判断できないが B( 青 ) と V( 緑 ) のフィルターに通して撮像することによって青色の光と緑色の光の強さを区別し後の測光作業でカウント値として数値化するための準備ができる B フィルターで撮像するときは Ⅴフィルターで撮像するときよりも露出時間を長くとったこれは B 散開星団の解明班 ( 地学班 ) 須賀夏輝実施期間 : 年 1 月 1 日 ~9 年 7 月日 1 研究の概要この課題研究では散開星団と呼ばれる天体の色味や年齢について研究した去年度の先輩たちが散開星団を観測して出した結果に対し疑問を持ったそこで去年度の先輩たちが観測した散開星団にはない特徴的な性質を持った散開星団を見つけ考察することを目的として研究を行ったぐんま天文台で散開星団を撮像