観測的宇宙論

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しげじろうなぐも
5 years ago
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1 宇宙の階層東京大学理学部宇宙物理学講義須藤靖第 2 回前半 2006 年 10 月 16 日 1

2 宇宙の階層構造矮小銀河銀河群宇宙の大構造太陽系銀河銀河団星団典型的大きさ [ パーセク (~3.1 光年 )]) 2

1 万 3000km 地球 Terra 衛星の MODIS 検出器のデータ http://modarch.

3 1 万 3000km 地球 Terra 衛星の MODIS 検出器のデータ 3

4 月 : 衛星地球側裏側 3500km 月探査機クレメンタイン 1994 年アポロ 16 号 1972 年 4

5 八九つの惑星 : 我が太陽系太陽金星火星冥王星水星地球木星 60 億 km 土星 ( 太陽からの距離は別として惑星の相対的な大きさはほぼ実際の比の通り ) 天王星海王星 Calvin J. Hamilton 5

6 我々の銀河系天の川銀河面の可視域画像我々の銀河系 ( 天の川 ) は星とガス (+ 暗黒物質 ) からなる渦巻き銀河で円盤部の直径は約 30kpc COBE 衛星による近赤外線域画像 6

7 マゼラン星雲大マゼラン星雲小マゼラン星雲 7

8 アンドロメダ銀河 (M31): 隣の銀河 13 万光年 8

9 M83: 近傍の渦巻銀河 9

10 M104: The Sombrero Galaxy The dust in the disk of this galaxy is seen in silhouette and in reflection against the huge bulge 10

11 銀河の形態楕円銀河不規則銀河渦巻銀河 11

12 銀河の形 : ハッブル分類 Sa Sb Sc Sd 楕円銀河 E0 E6 S0 レンズ状銀河渦巻銀河棒渦巻銀河 SBa SBb SBc SBd 12

13 局所銀河群 : 我々のまわりの銀河集団 10 万光年 230 万光年 15 万光年我々の銀河系はアンドロメダ銀河をはじめ 30 個程度のメンバー銀河とともに直径 600 万光年程度の広がりをもつ局所銀河群を形成している 13

14 銀河団 : 宇宙で最大の自己重力系およそ 100~ 1000 個の銀河が直径 1000 万光年程度の領域に重力的に引き合い集団化したもの 100 万光年銀河団エイベル 1689 ( 距離 :22 億光年 ) ハッブル宇宙望遠鏡 14

15 すばる望遠鏡の見た夜空のむこう 15

J1004+4112 : 一般相対論的蜃気楼 http://hubblesite.

16 98 億光年先にあるクエーサー銀河団の重力を受けてクエーサーからの光線が曲げられてみかけ上 5 つの異なる天体として観測される 62 億光年先にある銀河団重力レンズ天体 SDSS J : 一般相対論的蜃気楼 16

17 100 億光年先からの一般相対論的蜃気楼 (SDSS J ) 2003 年に東京大学の稲田直久と大栗真宗が SDSS で発見すばるで確認 Inada et al. Nature 426(2003)810 17

18 宇宙を見る目の進歩 /PR/96/01.html 地上 5m 5 望遠鏡 + 写真乾板 100 万人間の眼地上 4m 望遠鏡 +CCD+ CCD: 100 写真乾板ハッブル宇宙望遠鏡 +CCD+ CCD: 地上望遠鏡

19 ハッブル望遠鏡で見た SDSS 年 5 月 23 日ハッブル望遠鏡写真公開 19

20 100 億年を遡る 2006 年 5 月 23 日ハッブル望遠鏡写真公開

21 SDSS 21

22 近赤外線で見た近傍宇宙 22

23 近赤外線で見た銀河団分布 23

24 銀河の 3 次元分布地図 20 億光年 5 億光年地球 CfA galaxy redshift survey: Geller, da Costa & Huchra (1992) Las Campanas redshift survey: Schectman et al. (1996) 24

25 SDSS ( スローンデジタルスカイサーベイ ) 米国ニューメキシコ州アパッチポイント天文台 NHK 教育 TV サイエンスゼロ 2003 年 6 月 11 日放映 25

26 史上最大の銀河地図作りをめざして : 日米独共同スローンデジタルスカイサーベイ 8 千万個の銀河を観測そのなかの 80 万個の銀河の 3 次元地図作り NHK 教育サイエンス ZERO 2003 年 6 月 11 日 0:00 放映 26

27 SDSS クエーサーと銀河の宇宙地図赤方偏移共動距離 [h -1 Mpc] [h -1 Mpc] [h -1 Mpc]

28 ドップラー効果と赤方偏移後退速度実験室系でのスペクトル λ o λ 観測されたスペクトル波長赤方偏移 z λ λ λ 0 0 = v c 後退速度 28

29 銀河の分光観測と後退速度星のスペクトルスペクトル強度銀河のスペクトルナトリウムの吸収線マグネシウムの吸収線カルシウムの吸収線波長 λ [ オングストローム ] 29

30 吸収線と恒星のスペクトル水素原子に限らずさまざまな元素は特徴的な波長の光を吸収放出する恒星から放射される光 ( 連続光 ) はその大気を通過する途中でさまざまな元素に吸収されて特徴的な吸収線系を示す星の温度元素組成の手がかり 30

31 銀河のスペクトルとドップラー効果スペクトル強度星銀河波長 [A ] 波長 [A ] 波長 [A ] 星銀河星銀河見かけの大きさ近くの銀河少し遠めの銀河遠めの銀河銀河のスペクトルは基本的にはその中の星のスペクトルの重ね合わせ宇宙膨張のために遠方の銀河ほど吸収線の波長が長いほうにずれるこれを用いればその銀河が我々から遠ざかっている速度を推定できる 31

32 宇宙の大構造 Seldner, Siebers, Groth, & Peebles, 1977, AJ, 82, 249. the Lick Galaxy Counts for the Northern Galactic hemisphere 32

33 宇宙に構造はあるか? 構造はない局所的な凸凹はあるかもしれないが大きなスケールにわたって平均してしまえばそれらのパターンは消えさってしまうはず初期に銀河がある分布にしたがっていたとしても宇宙が膨張するにつれてそれらは薄められてしまい結局ほとんどランダムな分布に近付くはず構造はあるよく理解されていないにせよ宇宙が誕生したときの情報は現在の銀河分布に何らかの痕跡を残しているに違いない逆に初期条件には依存せず銀河同士の重力的相互作用の結果としてある特徴的な分布に落ち着くのではないか起源と進化あるいは初期条件と物理法則という 2 つの側面の相対的な重要度宇宙の構造は初期条件をそのまま記憶しているのか逆にその後の物理過程で普遍的に決まってしまうのか 33

34 東辻木原 (1969): 銀河の 2 点相関関数 g(r)=(r/r 0 ) -s s=1.8 Totsuji & Kihara PASJ 21 (1969)

35 Groth & Peebles (1977) see also, Peebles & Hauser ApJS 28(1974)19; Peebles A&A 32(1974)391 35

36 三好木原 (1975): 宇宙論的 N 体計算 t/t i ( 規格化された宇宙時刻 ) ADS スキャンから作成した Gif アニメーション粒子数 =400 ラインプリンター用紙に数字の 8 (?) を印字して表現した宇宙の大構造の進化 Miyoshi & Kihara PASJ 27 (1975)

37 宇宙論的 N 体計算の世界最初の映画スケールファクター粒子数 =1000 プリンストン大学エドターナー氏提供 (16 ミリフィルムをデジタル化したもの ) Aarseth, Turner & Gott, ApJ 228(1979)664 37

大宇宙

大宇宙銀河団大規模構造膨張宇宙銀河群数個 ~ 数十個の銀河の群れ天の川銀河 250 万光年アンドロメダ銀河局所銀河群 http://www.astronomy.com/en/web%20extras/2005/02/ Dominating%20the%20Local%20Group.aspx 銀河団 100 個程度以上の集まり銀河群との明確な区別はない天の川銀河 6200 万光年