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しょうすけまつかた
4 years ago
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1 膨張宇宙と銀河形成千葉柾司 ( 理学研究科天文学専攻 )

2 膨張宇宙と銀河形成宇宙論の発展宇宙の加速膨張の発見宇宙の構造形成と銀河形成

3 宇宙論の発展アルバートアインシュタイン 1879 年 ~1955 年ドイツ 1916 年一般相対性理論宇宙は引力でつぶれてしまう 1917 年宇宙項の導入と静止宇宙宇宙は静止しているべきである 1931 年宇宙項の撤回アレクサンドルフリードマン 1888 年 ~1925 年ロシア 1922 年膨張宇宙の一般解の発見

4 1929 年宇宙膨張の発見ドップラー効果遠ざかる音源からの音の波長は長くなる ( 周波数が小さくなる ) 遠くの銀河ほどスペクトルが長い方 ( 赤い方 ) にずれる λ obs =λ 0 (1+z) (z: 赤方偏移 =V/c) 遠くの銀河ほど速く遠ざかるエドウィンハッブル光年

5 O A B R R O と A の間の距離 : R O と B の間の距離 : 2R 3R 3R O と A の間の距離 : 3R O と B の間の距離 : 6R 遠くの銀河ほど ( 距離に比例して ) 遠ざかる

6 A どれから見てもお互い離れる中心はない B

7 遠い銀河ほど遠ざかる速度が大きい V R V = H 0 R ハッブルの法則 H 0 : ハッブル定数宇宙が膨張している証拠

8 H 0 決定の変遷 V = H 0 R H 0 の不定性 : 距離 R 決定の不定性が反映

9 H 0 = 72±8 km/s/mpc

10 ジョルジュルメートル (1894 年 1966 年 ) ベルギーの司祭 1927 年に観測データから距離速度関係を既に導いていた! ( ベルギー国内の仏語雑誌に発表 ) 同論文でアインシュタインの式から理論的に膨張する宇宙の解も導いておりこちらが有名

11 ざかる速度距離距離遠失われた大発見ルメートル (1927) 傾き : 575 km/s/mpc 遠ざかる速度図は論文掲載データからハッブル (1929) 傾き : 530 km/s/mpc 再構築したもの

12 イギリス王立天文協会 1931 年ルメートルの原論文を英訳して出版

13 1931年の英訳論文

14 1927 年の原論文から削除されている部分

15 1927 年の原論文から削除されている部分

16 イギリス王立天文協会 1931 年ルメートルの原論文を英訳して出版しかし肝心の ( ハッブル定数に相当する ) 定数導出の部分が訳文で削除されていた! 消された式 (24) 誰が英訳したのか?( 検閲したのか?) アーサーエディントン卿?(1882 年 ~1944 年 ) 当時の最も重要な天文学者スマート? 協会雑誌の編集者ハッブルに気を遣って削ったのか?? エディントン

17 2011 年ミステリーは解かれた!? (Nature 誌 Mario Livio 氏論文 ) 王立協会編集者とルメートルの間の手紙が見つかった英訳したのはルメートル本人だった該当部分を削除したのは本人だった 2 年後にハッブルが発表したデータの方がより正確であろうと考え自分の結果はもう古いと思って削ったのであろうか? 真偽は不明ルメートルは自分の発見を自己主張するような人ではなかった V = L x R, L: ルメートル定数?

18 宇宙の大きさ(現在を1加速膨張宇宙 )宇宙膨張の過去未来加速膨張していると天体までの距離が大開いた宇宙 ( 有限時間で無限大 ) 臨界宇宙 ( 無限時間で無限大 ) 収縮に転ずる宇宙時間 (10 億年単位 )

19 宇宙年齢と現在から遡った時間 150 億年の赤方偏移依存性宇宙年齢 (age) 現在から遡った時間 (look back time) 加速膨張宇宙 100 億年開いた宇宙臨界宇宙 50 億年加速膨張宇宙の方が宇宙年齢大で現在から遡った時間も大赤方偏移 For H 0 = 70 km/s/mpc

20 標準光源までの距離 ( 光度距離 ) 光度距離加速膨張宇宙臨界宇宙加速膨張宇宙の方が距離大赤方偏移

21 宇宙の加速膨張の発見 (2011 年ノーベル物理学賞 ) パールムッターシュミットリースの 3 人 Ia 型超新星を標準光源としてその距離を決定減速膨張の場合の距離よりも大きい結果

22 絶対等絶対等級M < 8 M sun の星の最後 Ia 型超新星爆発 ( 残った白色矮星に伴星からガスが降着して爆発 ) Type Ia 超新星の光度曲線級補正前最大光度が明るいほど減光時間が長い最大光度からの時間 ( 日 ) 補正後補正した光度曲線から絶対等級を求め見かけ等級と比べて距離を決定最大光度からの時間 ( 日 )

23 Ia 型超新星までの距離 ( 距離指数 ) 加速膨張宇宙開いた宇宙臨界宇宙開いた宇宙の場合からの差加速膨張宇宙開いた宇宙臨界宇宙 Riess et al.2000 赤方偏移

24 未来現在過去減速して将来収縮へ減速しながら無限大まで膨張加速しながら無限大まで膨張加速の源 : 宇宙項 (cosmological constant) 一般的には暗黒エネルギー (dark energy)

25 宇宙背景輻射の測定の歴史

26 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 宇宙背景輻射の温度パターンゆらぎ ~10-5

27 温度揺らぎのスペクトラム

28 open flat

29 宇宙のエネルギーの内訳 ( 現在のベスト値 ) 71.4% 暗黒エネルギービッ24% ク暗黒物質バン4.6% 通常の物質 ( 光で見える部分 ) ( 現在のベスト値 ) 現在宇宙の年齢 :138 億年

30 ガスから生まれた星宇宙の構造形成と銀河形成暗黒物質の塊さらに合体重力相互作用による合体でより大きなハローができる

31 冷たい暗黒物質による構造形成暗黒物質の分布の時間発展時間冷たい暗黒物質 Cold Dark Matter (CDM) 例 : ニュートラリーノ小さなかたまりが最初にできて合体降着を経てより大きなスケールの構造が形成様々なスケールの宇宙構造を再現

32 宇宙のダークマター構造の形成

33 宇宙の大規模構造のスケール依存性密度揺らぎの強さ(一様密度からのずれ水色の線 : 宇宙項を含む加速膨張宇宙の中の冷たい暗黒物質理論 )空間スケール ( 光年 )

34 ダークハローの階層的合体 Navarro, Frenk, & White 1997, ApJ, 490, 493 Fig. 1. Particle plots illustrating the time evolution of halos of different mass in an Ω0 = 1, Λ = 0, and n = 1 cosmology. The box sizes of each column are chosen so as to include approximately the same number of particles. At z0 = 0, the box size corresponds to about 6r200. Time runs from top to bottom. Each snapshot is chosen so that M* increases by a factor of 4 between each row. Low-mass halos assemble earlier than their more massive counterparts. This is true for every cosmological scenario in our series.

35 暗黒物質の階層的合体による銀河形成暗黒物質の集積過程ガスの集積と恒星系の形成ガス星ぼし

36 渦巻銀河の形成

37 赤方偏移が 1.6 から 3 の遠方にある銀河の画像不規則な形の銀河が多い

38 様々な観測から求められた宇宙における星形成史 Hopkins & Beacom (2006)

39 大質量ブラックホール ~ 銀河中心に存在 ~ ケンタウルス座 A(Centaurus A) M~10 7 M sun 起源は恒星質量ブラックホールと異なる

40 銀河系中心にある大質量ブラックホール銀河系中心での星の軌道太陽 100 万個分の質量を持つブラックホールが存在

41 銀河と中心ブラックホールの共進化 ~ 質量の相関 ~ ( 太陽質量単位 ) ブラックホル質量 10 億 100 万 0 大質量銀河天の川銀河銀河バルジの質量 (Marconi & Hunt 2003, ApJ, 589, L21)

42 今後の展開すばる望遠鏡超広視野撮像カメラ Hyper Suprime Cam 2013~ これまでになく遠くて暗い銀河を一度にたくさん撮像分光観測することによって遠方銀河の詳しい状態と共に宇宙加速膨張の性質を明らかにする宇宙における銀河の形成と進化を理解する多天体分光器 Prime Focus Spectrograph 2019~

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