09/ V.w../

Size: px

Start display at page:

Download "09/ V.w../"

のぶあきささおか
7 years ago
Views:

1 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 1 シリズ C ONTENTS 注目の学部学科概説 p52 観測技術の飛躍的な進展が新たな宇宙の姿を描き出す東京大学岡村定矩教授入試情報 p56 第 12 回ダクエネルギ p58 東京大学須藤靖教授太陽系外惑星 p60 東京工業大学井田茂教授ブラックホル p62 愛媛大学粟木久光教授授業ゼミ紹介天体観測実習 p64 天文学小惑星探査機はやぶさの地球到着 NASAのスペスシャトルディスカバリ号に搭乗した山崎直子宇宙飛行士のニュスなど今年は宇宙に関するニュスが多かったそんな宇宙に関する学問にはさまざまな学問分野があるが今回は天文学を紹介する天体の動概説鹿児島大学今井裕准教授コラム p66 宇宙を学べる大学天文学者のいる大学卒業後の進路 p67 きから時間や方向などを知るための学問として始まった天文学は観測技術の発展とともに対象領域を宇宙全体へと拡張している現在の天文学研究におけるトピックスを中心に宇宙で起きている全ての現象を対象にしている天文学を紹介しよう観測技術の飛躍的な進展が新たな宇宙の姿を描き出す東京大学大学院理学系研究科天文学専攻岡村定矩教授に聞く大星雲までの距離を測定し電磁波や重力波などの情報をもとに宇宙で起きている諸現象を解明これらの星雲が銀河系の外天文学はもともと天体の動きから時間や方向などをように望遠鏡が発明されてにあることを示したこの知るための実用的な学問として始まった太陽の動きかより遠くの天体を観測できら１日の月の満ち欠けから１カ月の星の周期的な運るようになると人間が観動から１年の長さがそれぞれ決まっていったまた星察できる天体は地球のある太陽系から銀河系へそして座の季節的な変化から季節の変化を知り農耕に役立つ銀河系の外にある多数の銀河へと広がった暦作りにも役立てられた 20世紀に入って科学技術が進歩すると観測手段は可天体の運動を詳しく観察しているうちに自然の運動視光だけでなく電波や赤外線紫外線Ｘ線ガンマ法則の解明に興味が広がり天動説と地動説の対立を経線などの電磁波のあらゆる領域に広がっていった図て科学としての天文学が発達していく 1609年にガリ１さらに近年は電磁波だけでなく宇宙線１レイは口径 5cmの望遠鏡で太陽月などの太陽系内のニュトリノ２などの素粒子重力波３などの観測天体を観測しただけでなく天の川を観測しそれが恒手段も発達しているさらに人工衛星を使って大気圏星の集まりであることを発見したさらに 1924年には外から宇宙を観測する技術も確立し地上約600km上空ハッブルが口径2.5mの反射望遠鏡を用いてアンドロメダにあるハッブル宇宙望遠鏡は宇宙の始まりに近い 130 １宇宙線宇宙で観測される高エネルギの放射線陽子やヘリウムの原子核などの比較的重い荷電粒子線が大部分を占める２ニュトリノ物質を構成する最小単位である素粒子の一種太陽中心核や超新星爆発などから生成されこれらを観測することで宇宙現象に迫る分野をニュトリノ天文学という日本の小柴昌俊博士がこの分野を開拓したことでノベル賞を受賞している 52 Kawaijuku Guideline

2 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 2 億年以上昔の天体の撮影に成功している天文学は観測きるかを検図１電磁波の波長領域と観測手段の関係技術の発展とともに対象領域を宇宙全体へと拡張して証することいったは天文学の現代の天文学は宇宙で起きている全ての現象を研究対象とする学問である全ての現象を文字通りにとれ概説重要なテマですば地上における人間の諸活動も含まれるが当然のこ宇宙におとながらそうした研究は天文学とは呼ばない岡村教ける現象を授は次のように説明する天文学は天体や宇宙で起調べようときている現象のうち地上で簡単には実験再現できなするとニいような現象についてそれらの現象から発せられていュトン力る信号を観測デタとして受け取りその現象の仕組み学の範囲でや実体を明らかにしていく学問なのですは対応でき入試情報地球大気の吸収により強度が半減する高度を電磁波の波長に対して示した図地表に届かない電磁波は大気外スペスから観測する岡村定矩他シリズ現代の天文学Ⅰ 人類の住む宇宙日本評論社 2007年７頁宇宙に関する学問には他にも天体物理学や宇宙論ず一般相対性理論が必要になることがわかった太陽と呼ばれるものがある天体のスペクトルからその組成のように莫大なエネルギを作り出す天体では通常のや温度や密度などの物理状態を調べる天体分光学が生ま化学反応ではなく核融合反応が起こっていることもわれまた可視光以外の電磁波へと観測が広がって物理かってきたこのように宇宙における物理現象を説明学との関係が密接になり宇宙の起源や構造などの解明するためには基本的な物理法則を修正拡張したりへの手掛かりもできた天体の物理的性質に焦点を当て新しい体系を作ることも必要になってくるその意味でた分野を天体物理学と呼び宇宙そのものの起源や構造天文学は人間には創り出すことが困難な宇宙というに焦点を当てた分野を宇宙論と呼ぶが両方とも広い意実験場で行われている壮大な物理実験の観察を行ってい味での天文学に含まれるると捉えることもできるしかし惑星科学や地球科学のように地学的な側面が２つ目は人類の世界観の構築です人間はな強い分野やロケット開発や国際宇宙ステション開発ぜ自分が存在するのか人類はどこから来てどこへ向かなど工学的な分野は今回紹介する天文学とはやや性格うのかという根源的な疑問を抱いていますそれがが異なるこうした分野は宇宙科学と総称されること宇宙の誕生や生命の誕生宇宙全体の構造や行く末などもあるが宇宙科学という用語はさまざまな使われ方をを知りたいという欲求につながっていきます天文学はするので注意が必要である例えば月の石を持ち帰そうした世界観を形作る学問でもあるのですダ東ク京エ大ネ学ルギ東太京陽工系業外大惑学星ブ愛ラ媛ッ大ク学ホル鹿授児業島大ゼ学ミって分析したり金星の気象と地球の気象を比較したりすることは天文学の主な研究領域ではない電磁波や重力波などの信号によって情報を得るという研究手法が天文学の大きな特色であるといえる現在の天文学研究における５つのトピックス天文学は宇宙の姿をより鮮明に描き出すことに成功してきた現在ほとんどの研究者は宇宙はビッグバンで誕生して現在もなお膨張し続けていると考えている物理の基本法則の解明と人類の世界観の構築が目的天文学は何を目指しているのか岡村教授は大きく２つの目的があるという１つは物理の基本法則の解明です恒星の中心部における高温度高密度星間空間における高真空中性子星付近における強い磁場や重力場など宇宙には地上では決して実現できないような極端な物理環境が存天宇文宙学を者学のべいるる大大学学し 20年前には確定していなかった宇宙の年齢も約137 億年であることがほぼ明らかになっている図２だがなぜビッグバンが起きたのか宇宙で最初の天体はどのようなものだったのかそもそも宇宙は何からできているのかさえ依然として謎のままであり観測デタを矛盾なく説明する理論の検証が続いている岡村教授によれば天文学の研究では現在次の５つのトピックスが注目されているという在します地球上で我々が知っている自然を説明する法ダクエネルギとダクマタ則がこうした極端な物理環境における現象にも適用で 1929年ハッブルの観測によって宇宙が膨張しているこ３重力波一般相対性理論から導き出される時空のゆがみが波動のように伝わる現象中性子星の合体など大質量の天体の運動に伴って重力場が変化すると重力波が光速で伝播する日本でも神岡鉱山内で検出装置を作って観測しようというLCGT計画が推進されている Kawaijuku Guideline 卒業後の進路

3 54 Kawaijuku Guideline

4 Kawaijuku Guideline

5 56 Kawaijuku Guideline

6 Kawaijuku Guideline

7 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 7 注目の学部学科天文学ダクエネルギ宇宙全体の４分の３を占めるナゾの成分ダクエネルギの正体に迫る東京大学大学院理学系研究科物理学専攻須藤靖教授宇宙は一体何からできているのか宇宙を満たしている主成分は何かという疑問は単に天文学だけにとどまらない根源的な問いかけである地球上のあらゆる物質は元素からできているが宇宙全体まで対象を広げると実はそうではない元素からできている物質はわずか 5 弱でしかなく残りはいずれも正体不明のダクマタとダクエネルギで占められていることがわかっている特に宇宙の４分の３を占めるダクエネルギは互いに反発する斥力を及ぼすような奇妙な存在であるこの不思議な宇宙の主成分の解明は天文学と基礎物理学に横たわる一大テマであるかりダクマタと呼ばれるようになりますつまり何もないはずのところに何かがあり宇宙の 98 はダクな成分でできている光を出さない質量を持った未発見の粒子で宇宙は満たされていると考えられるようになってきたのです宇宙は何からできているのかこれは誰もが抱く単ところがさらに観測デタが出てくるとダクマタ純なかつ本質的な問いですここ 30 年くらいの天文学のと元素だけでは説明できないことが増えてきましたそ研究でこの宇宙の大部分を占めているのは光っていの代表的なものが後述の宇宙の加速膨張の発見ですそれるものではないということがわかってきましたすなわを説明すべく登場したのがダクエネルギで光を出ち見えているものだけが世界のすべてではなく夜空さず互いに反発するような性質を持った存在だと考えの暗いところに何かがあるさらにそれこそが宇宙の主成られていますただしダクエネルギの存在が直接確分であることが明らかになってきたのです私たちは認されたというよりもそういう奇妙な性質を持った成分その何かの正体を探す研究を行っていますを考えないと宇宙の加速膨張という観測事実が説明でき現在宇宙を構成しているものは大きく３種類に分かれないのですていることが知られています図１このうち５弱実はさらに完全に正体がわかっている元素バリオを占めるのは我々がよく知っている元素から成る物質ですンの約半分が宇宙のどこにどのような形態で分布していバリオン次に多いのがダクマタで約５分の１１るかはわかっていません星や高温ガスとして直接観測さそして全体の４分の３を占めるのがダクエネルギだとれているバリオン以外はダクバリオンと呼ばれていまされていますすこのように宇宙を構成している成分のうち性質と 1970年代にはすでに宇宙の大半の成分は直接光は出さな存在形態がはっきりわかっているのはわずか２程度でしい見えないものであることが知られていましたしかかなく残りの98 はダクバリオンダクマタしそれらは地上のすべての物質と同じく元素からできてダクエネルギなどの正体不明のダクな成分だいると考えられていました例えば太陽は水素やヘリウムということになりますなど我々の体を作っている元素と同じ元素からできていますしかし宇宙が100 通常の元素だけからできていると仮定すると宇宙全体のヘリウムの存在比や宇宙マイクロ波背景輻射２の等方性の観測結果と矛盾することなどが指摘されるようになりました宇宙が加速膨張していることから導かれるダクエネルギの不思議な振る舞いダクマタの存在自体はすでに数多くの天文学的観測デタからほぼ確立しているといってよいでしょう 1980年代になると見えないものは元素ではないが図２その正体は質量を持った未知の素粒子であると通常の万有引力の法則には従う重力を及ぼすことがわ考えられており現在は地上での直接検出を目指した地１バリオン原子核を構成する陽子と中性子などのようにクォクからなる複合粒子のこと原子は原子核と電子から構成され電子はバリオンではないが電子の質量は原子核に比べて無視できるほど小さい従って正確ではないのだが宇宙論では普通の物質あるいは元素のことを単にバリオンと呼ぶことが多い２宇宙マイクロ波背景輻射宇宙を一様に満たしている電磁波でマイクロ波と呼ばれる電波領域に強度のピクを持つことからそう名づけられている宇宙が高温高密度の状態から始まったとするビッグバン宇宙論の観測的証拠である宇宙背景輻射宇宙マイクロ波背景放射とも呼ばれる 58 Kawaijuku Guideline

8 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 8 図２ダクマタが存在する証拠図１宇宙の組成ダクエネルギ 72.1± 年代のまわりに見える４つ元素 4.6±0.2 億光年先にある１つのクエサの多重像 1980年代 1970年代クエサの手前にある銀河団の及ぼす重力バリオン以外のダクマタ光を出さないバリオン概説の白く光る天体は 98 ダクマタ 23.3±1.3 ダクエネルギ中央のオレンジ色の銀河団 62 億光年先のためにクエサの光の軌道がゆがめられ複数の像として観測星銀河バリオンされる重力レンズ効果さらにクエサ図1 ２とも須藤靖教授提供下実験や大型加速器実験が活発に行われていますつまりの多重像の内側にある複数の銀河の 10 倍もの質量が存在すると考えなければこの重力レンズ効果を説明することができないこれは銀河団に全体として大量のダクマタが存在す天文学から素粒子物理学へとバトンが渡されつつあると言ってよいでしょうその一方でダクエネルギに関しる直接的な証拠の一例である 2003年に須藤先生の研究室の大学院生 2名当時がSDSS スロンデジタルスカイサベイで発見したこの図はその後ハッブル宇宙望遠鏡で精密に観測した際の画像てはまだその正体は皆目わからないままですにもかかわらずどうしてダクエネルギが存在するなどと結論が唱えた宇宙定数３ではないかとの説や空間からすべされているのでしょうかての物質を取り除いた後に必然的に残る真空自体が持って宇宙が膨張していることはハッブルの観測によっているエネルギのようなものではないかとの説があります 1929年に発見されましたこの宇宙膨張の速度の時間変化がいずれも納得できる理論のレベルには達していませんの割合すなわち加速度が測定できるようになったのはまたこのいずれの場合でも直接的な観測はほぼ不可能で 1998年のことですその結果は驚くべきことに速度が時あり実験による検証を考えるとしても今後100年スケ間とともに増大している言い換えると宇宙が加速膨張ルの話でしょうそのためダクエネルギの正体の解していることを示していたのです宇宙を構成する成分は明は天文学的な観測に頼らざるを得ないのです元素であれダクマタであれ互いに重力を及ぼし合いまダクエネルギの正体を天文学的に探る方法としてす従って万有引力の法則によりその膨張速度は徐々に現在は超新星のハッブル図宇宙マイクロ波背景輻射減少していくはずですところが観測事実はその逆だっの温度ゆらぎスペクトル宇宙論的重力レンズ銀河分たのです布のバリオン振動４の４つが有力な方法として知られこれを説明するために考え出されたのがダクエネルています特に現在私たちは遠方の銀河分布を正確に測ギという成分です宇宙の膨張を加速させるためには定することでこのバリオン振動の周期を測定しそれを引力である重力とは逆に反発する斥力として作用する成分もとにダクエネルギの存在量時間変化などの基本的を考えざるを得ませんいわば万有斥力ですがもちな性質を絞り込んでいこうとしていますろんそのような性質を持つ存在が直接観測されているわけそのためには遠くの銀河を数多くできるだけ広い範ではありませんまたその性質からある特定の場所に集囲でしかも精密に観測する必要がありますそのために中して分布することはできず宇宙全体に一様に広がってハワイ島のマウナケア山頂にある国立天文台のすばる望遠いると考えられますその意味でも通常我々が想像する鏡を使って 50億年くらい前の銀河を数百万個観測しその物質と描像とはかなり異なり具体的なイメジを思い浮３次元地図を完成させる国際プロジェクトを計画中ですかべることすら困難な不思議な存在ですにもかかわらず入試情報これとは全く独立にダクバリオンの研究も進めていそれが宇宙の主成分であるというのですから並大抵の驚ますダクバリオンの存在形態としては宇宙の大構造きではありませんに沿って分布している温度十万度から一千万度程度の中高温ガスが最も有力だと予想されていますそれを直接検証 50 億光年前の銀河を数百万個観測しダクエネルギの詳細な性質に迫るするために専用の人工衛星を打ち上げて軟X線領域で現在ダクエネルギについてはアインシュタインオンを直接検出したいと考えています酸素の発する特徴的な輝線を観測することでダクバリ３宇宙定数一般相対性理論の基礎方程式であるアインシュタイン方程式に付け加えることのできる定数の自由度 1917年にアインシュタインは進化しない静的な宇宙を実現するために導入したがその後取り下げたしかし現在では宇宙の加速膨張を説明するダクエネルギの最も有力な候補として再評価されている４バリオン振動宇宙誕生後38万年後に凍結したバリオンの密度ゆらぎがもたらす音響振動で銀河の3次元分布のなかに埋め込まれている理論的に正確に予言できる特徴的な波長を持つためにそれを実際に観測することで宇宙の距離尺度を決定できさらにダクエネルギの性質を探ることができる Kawaijuku Guideline ダ東ク京エ大ネ学ルギ東太京陽工系業外大惑学星ブ愛ラ媛ッ大ク学ホル鹿授児業島大ゼ学ミ天宇文宙学を者学のべいるる大大学学卒業後の進路

9 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 9 注目の学部学科天文学太陽系外惑星惑星形成理論の再構築が進み地球外生命発見への期待も高まる東京工業大学大学院理工学研究科地球惑星科学専攻井田茂教授 1995年に初めて太陽系以外の場所で惑星が発見されて以来太陽系外惑星の発見が相次いでいる太陽系とは全く異なる姿の惑星系の存在が確認されたことで新たな惑星形成理論の構築が研究課題となりさらに地球外生命の可能性に関する議論も次の段階に進んだ天文学の研究はより遠くの宇宙を目指す方向と同時に太陽系も含め近くに存在する惑星系についてより深く探究する方向へも進化を始めているに近い円運動をしていますがエキセントリックプラネ異形惑星の発見により太陽系も含めた惑星の研究に脚光ットは楕円軌道を持っているなど太陽系の惑星形成理論からは説明できそうもないような異形惑星でしたこの銀河には数千億個の星があるといわれていますそのため惑星研究には異形の太陽系外惑星の形成をこの場合の星とは恒星 star のことを意味しておりも説明できるような標準的な惑星形成モデルを構築する自ら光を放っているため望遠鏡で観測できます一方ことが求められるようになったのです地球のような星は惑星 planet といい太陽系には８つ太陽系外惑星はその後も次々と発見され現在ではの惑星１があることが早くから知られていましたそこ 500個以上が観測されています図今後もその数がさで他の恒星にも同じような惑星があるのではないかとらに増加することは間違いありません太陽系外惑星の研 1940年代から太陽系以外でも惑星の探索が行われてきまし究は太陽系の惑星形成理論の根本的な見直しも含め天たただ惑星は非常に強く輝く恒星の周りを淡く照らさ文学における最もホットな分野の１つになっていますれて公転しているためその淡い光を地球上で捉えるのは難しく半世紀もの間太陽系以外では惑星の存在が確認できませんでした観測チムとの他流試合を通して惑星形成の理論モデル構築を目指す 1995年10月にペガサス座51番星に初めて太陽系外惑太陽系外惑星の研究は観測と理論の両面で進められて星が発見されると惑星研究に大きな変化が起こりますいます観測面ではより多くの惑星とりわけまだ発見従来の惑星研究の対象は太陽系に限られており 1980年されていない地球くらいの大きさの惑星を探すための努力代には多少の疑問点を残しつつも太陽系の惑星形成にを続けており理論面では観測された太陽系外惑星のデ関してほぼ合理的に説明できるところまで研究が進んでいタを説明できる理論の構築を目指していますましたそのためその後の惑星研究はあまり進展してい惑星ができる前の状態すなわち恒星の周りに円盤状のなかったのですところが次々と発見される太陽系外惑ガスが集まっている状態とその結果である惑星が存在し星は太陽系の惑星系とは似ても似つかないような惑星系ている状態は数多く観測されていますですから理論を形成していることが判明します大半は中心の恒星の研究はその間の過程をつなぐものといえますある初期極めて近くを数日の公転周期で回るような木星クラスの条件を入力するとこんな惑星ができるというモデルを作巨大なガス惑星でホットジュピタと呼ばれるものや中りそこに観測デタを入力して比較検討しながら理論心の恒星の至近距離を通る楕円軌道を持つ惑星でエキセンを作り上げていくわけですトリックプラネットと呼ばれるものですホットジュピとはいえ惑星ができる過程は非常に複雑でしかも多タは非常に高温で紫外線や赤外線も強烈に降り注い段階です最初はミクロンという単位の大きさだったダスでいますまた太陽系惑星のほとんどの惑星はほぼ真円トがぶつかり合って小さな天体になり重力的な相互作１８つの惑星 2006年までは冥王星が第９惑星と見なされていたが国際天文学連合により現在では準惑星として規定されている 60 Kawaijuku Guideline

10 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 10 用を起こしながらお互いに衝突したり周りのガスを集図発見された系外惑星の分布図めたりして惑星として成長していくわけですがそれぞれ概説の詳細な過程はまったくわかっていない部分もたくさんありますそこで理論研究では各過程を理論的にきちんと説明した上で全体の過程を統合し最終的にこんな惑星が形成されるということをシミュレトできるような数値入試情報モデルを作ろうとしていますそれには観測結果との密接な連携が不可欠で私の研究室では海外も含めて学内外の観測チムとの他流試合に力を入れています理論が予測する結果と現実の観測デ縦軸は惑星質量横軸は軌道半径正確には１周での平均軌道半径である軌道長半径それぞれ地球質量とAU 地球の軌道長半径を単位としているタとは当然異なりますからそれらを修正しながら観井田茂中本泰史ここまでわかった新太陽系ソフトバンククリエイティブ 2009年 201頁測デタに合致するような理論を作り観測チムにその在するためには恒星の至近距離を回っていなければなり理論から予測される結果を提示します観測チムはそません距離が近いということは恒星の引力の強い影響の結果をもとに新たな発見を目指しますこうした相互を受けることになりいつも同じ面が恒星に向いているこのやりとりを繰り返すことで太陽系も含めた惑星形成理とになりますすると常時昼の区域と常時夜の区域がで論を進化させているのですき昼側には強烈な紫外線や赤外線が常に降り注ぎ生物が存在するには厳しい環境となりますただし最近のゲ生命の進化の過程の再検討により高まる地球外生命の存在可能性ノム解析によれば遺伝子が厳しい環境に置かれることが太陽系外惑星の研究は地球外生命の存在可能性を追究命が急激に進化した時期も全球凍結２という生命にとする研究にも大きな影響を及ぼしていますって非常に厳しい時期と一致しますそうなると紫外線にさらされる厳しい条件を持った惑星の方がかえって生も海とほぼ同じですし有機物が集まってタンパク質がで命を進化させているのではないかという仮説も不可能ではき核酸ができるためには液体の海の存在は重要だと考ありませんことが生命を生み出す本質的な条件だと仮定します東太京陽工系業外大惑学星生命の進化を促進させることがわかっています地球で生生命は地球では海底で誕生しました人間の体の成分えられるからですそこでまず惑星表面上に海があるダ東ク京エ大ネ学ルギまた太陽系外惑星の大気中の酸素に注目する研究もあります酸素が確認できれば光合成生物の存在が強く示 H2Oが液体状態で存在できる物理的条件は惑星表面の唆されます光合成を行うというだけでは単細胞生物か温度と大気の圧力で決まります温度は恒星からの距離もしれませんが多細胞の高等生物である植物も観測可能大気の圧力は重力の大きさすなわち惑星の質量で決まりかもしれません植物の葉には赤外線を強く反射する性質ますもちろん海があるだけで生命が存在できるのかとがあるため太陽系外惑星の赤外線の反射率が自転にあわいう議論も必要です海底の地熱をエネルギ源としていせて変動するかどうかを観測すれば植物が繁茂する陸地た生物はやがて光合成を行うようになり陸地へと進出があるかどうかもわかるのですしていきますそういう過程が生命にとってどの程度一般地球外生命はこれまで恒星からの距離や重さが地球と的なことなのかを追究することも必要ですし陸地の存在同じくらいの第２の地球でのものを漠然と考えてきまも条件の１つだとすると惑星の冷却条件や地球の表面がしたしかし生命の存在可能性に関する本質的な議論が固い岩盤プレトで構成されマントルにのって対流深まったため地球とは全く異なる環境を持つ惑星にも独するというプレト理論等も考慮しなければなりません自の進化を遂げた生命が存在するかもしれませんところが太陽系外惑星の発見により海があれば見惑星はこれまで天文学が研究対象としてきた天体の１た目が地球と似た惑星である必要はないのではないかといつですが内部構造が複雑でしかも表層もさまざまな姿う議論も可能になってきました銀河系には太陽よりもを持っているため単純な変数では表現できません生命暗い恒星がたくさんありその周りにも惑星は存在してい進化ともつながる惑星の研究は今後もますます面白くなることがわかってきたからですこれらの惑星に液体が存っていくはずです２全球凍結赤道まで含めて地球の表面が完全に凍ってしまった状態約20億年前と６億年前に起きたとされ最初の全球凍結で原核生物が真核生物へと劇的に進化し２度目の全球凍結で陸上高等生物へと進化したといわれている Kawaijuku Guideline ブ愛ラ媛ッ大ク学ホル鹿授児業島大ゼ学ミ天宇文宙学を者学のべいるる大大学学卒業後の進路

11 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 11 注目の学部学科天文学ブラックホル銀河の誕生や形成に深く関わる可能性を持つ活動銀河核の巨大ブラックホルを探究愛媛大学理学部物理学科宇宙進化研究センタ粟木久光教授強力な重力のために光さえも出ることができないとされるブラックホル一般相対性理論によってその存在が予想されていたが今ではその候補天体は数十個ほど観測されているまた近年はこの銀河系も含む多くの銀河の中心域に巨大なブラックホルがありそれらが銀河の成長に深く関与しているのではないかとの仮説も現実味を帯びてきたブラックホルは宇宙や銀河の生成を考える上で極めて重要な研究対象の１つである線を放射ししかもその明るさの時間変動が速いという特吸い込まれる物質が放射するＸ線などからブラックホルを観測色がありますこの天体は連星系をなしており伴星の運ブラックホルは星恒星以下同じの最期の姿の度になりました通常の恒星であれば高い温度を持ち青１つです核融合反応で明るく輝いていた星もやがて材白く光っているはずですがそれに相当するものは見えま料の水素などがなくなると核融合反応ができなくなりませんそこでこの天体こそがブラックホルではないかすするとその核エネルギの圧力で形を保っていた星と考えられているわけです動を調べたところこの天体の質量が太陽質量の10 倍程は自らの重力によって収縮をはじめいくつかの過程を経て縮退圧１と釣り合うところで安定した形を保つようになりますしかし太陽の 30 倍以上の質量を持った星はもはや重力を縮退圧で支えきれず重力崩壊が起こり極限まで収縮したブラックホルになるのです銀河の誕生や形成に深く関わる活動銀河核の巨大ブラックホル宇宙には恒星状ブラックホルとは異なる種類のブラックホルが存在すると考えられていますいくつかの銀ブラックホルは非常に強い重力を持っているため周河を観測すると銀河の中心に非常に強いＸ線を出していりのガスや塵などを強く引き寄せますそれらの物質はブる領域があることがわかってきましたこの中心領域はラックホルの周囲を回りながらブラックホルに吸い活動銀河核と呼ばれています図２活動銀河核か込まれていくため円盤状のものが形成されますこれがら放射されるＸ線の強さには時間変動があり X線を放射降着円盤です降着円盤はブラックホルに近づくにつれしている領域が太陽系程度と推測されています星由来のて速度を増すため円盤の最も内側では摩擦熱等で 1000 光では説明できません万度もの高温になり非常に明るいＸ線を放出しますブある活動銀河核から放出されているメザ線２を観ラックホルは光を出さないため直接観測することは非測した結果活動銀河核には太陽質量の倍くらい常に難しいのですがこうしてブラックホルに吸い込まの質量があることが推測されていますこれだけの狭い領れていく物質から出される放射線などを測定することで域にこれだけの大質量を集めることはブラックホル以外存在を予測できるわけです星の最期の姿として誕生するには不可能ですまた日本のＸ線天文衛星あすかにこのようなブラックホルは恒星状ブラックホルとよって強い重力を持つ天体の近くから放射された光がエ呼ばれており太陽質量の数倍から数十倍程度の質量を持ネルギの一部を失って低い周波数域に移る重力赤方偏っています移という現象も観測されましたこれらの観測結果から現在恒星状ブラックホルの可能性が最も高いものがはくちょう座X 1 と呼ばれる星です図１強いＸ活動銀河核には巨大ブラックホルがあるのではないかと考えられているのです１縮退圧素粒子などが非常に高密度になった場合にエネルギの高い粒子が増えることで生じる圧力太陽質量の８倍までの星は電子の縮退圧で支えられる白色矮星に 10 20倍の星は中性子の縮退圧で支えられる中性子星になる２メザ線高い指向性を持ったマイクロ波レザの電波領域のものと考えていいドップラ効果を測定することで質量が推測できる 62 Kawaijuku Guideline

12 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 12 図１伴星からブラックホル候補天体はくちょう座 X １に流れ込むガス想像図図２活動銀河核中心部概念図粟木久光教授提供概説入試情報 Illustration by Martin Kornmesser,ESA/ECF 恒星状ブラックホルは星の最期の姿であることはわブラックホルの周りには大量の塵やガスがトラス状に分布しているまた中心から放射された強い光でガスが電離され輝線放射雲を作るダ東ク京エ大ネ学ルギかっていますが巨大ブラックホルはいつどのようにできたのかまったくわかっていませんたださまざすブラックホルの周りにはその重力に引き寄せられまな研究から巨大ブラックホルは銀河の誕生や形成てさまざまな物質が集まっているため多くのブラックホに関係があるのではないかと考えられていますル自体は隠れていますだからこそ物質を透過する性例えばクエサの存在ですクエサは現３質を持つＸ線が有効です日本のＸ線天文衛星すざく在では巨大ブラックホルを持つ活動銀河核の一種と考には広域スペクトルを観測できるＸ線観測装置が搭載さえられていますクエサが宇宙誕生の頃の初期の銀河れておりこのデタを使うことでブラックホルの性の姿だとすれば銀河誕生の頃から巨大ブラックホルが質を明らかにしていく予定です特に小さい質量の巨大銀河中心にあったことになりますまた巨大ブラックホブラックホルがどのような特徴を持つのかまたどのルの質量と銀河バルジ４の質量に相関関係があるこような銀河に多いのかを調べることで銀河形成との関係ともわかっています巨大ブラックホルの大きさはせいも明らかにできるのではないかと考えていますぜい太陽系程度ですにもかかわらず何桁もスケルの一方で巨大ブラックホル周辺の時空構造を調べる研異なる銀河バルジの質量と関係があるということは互い究も進めています活動銀河核からはほぼ全ての電磁波に何らかの影響を及ぼし合っているのではないかと推測さが放出されていますがその中心にある巨大ブラックホれるわけです巨大ブラックホルの研究は銀河の成りルの強い重力場の影響を受けていずれも重力赤方偏移を立ちを探ることにもつながっています起こしています私たちは鉄の蛍光Ｘ線を詳細に観測することでエネルギの変化の度合いを調べていますエ一般相対性理論の検証にもつながる巨大ブラックホルの時空構造の解明ネルギ変化がわかれば重力場の強さもわかり巨大ブラックホルの構造も明らかにできる可能性があるからで私たちは巨大ブラックホルを対象として複数の研究す巨大ブラックホル周辺の時空構造の解析は強い重を進めています１つは質量の小さい巨大ブラックホル力場を使った実験という意味合いもあり一般相対論を検 6 10 の探索です巨大ブラックホルは太陽質量の10 10 倍証することにもつながります程度と推定されますがここまで巨大になる前のこうした研究には測定装置が不可欠ですが私たちは倍くらいの巨大ブラックホルを見つけることができれ測定装置の開発も行っています 2013年度に打ち上げが予ばその成長過程が明らかになるのではないかと考えられ定されている宇宙航空研究開発機構 JAXA のＸ線天文るからですそこでまずはヨロッパのＸ線観測衛星衛星 ASTRO H に搭載するＸ線望遠鏡の開発も大ＸＭＭ Newton などのデタを使って小さい質量の学院生と共に手がけています新たな測定装置のデタが巨大ブラックホルの探索を行っています次の段階としては巨大ブラックホルの性質の解析で新たな分析を生みその分析をもとに次の測定装置の開発につなげるという連鎖によって研究が進んでいくのです３クエサ極めて高速で遠ざかっている非常に明るい天体天文学では高速で遠ざかる天体は遠方に存在していることと等しく宇宙初期の天体であることを意味している４銀河バルジ渦巻銀河などの銀河中心部分にある凸レンズ状の膨らみ Kawaijuku Guideline 東太京陽工系業外大惑学星ブ愛ラ媛ッ大ク学ホル鹿授児業島大ゼ学ミ天宇文宙学を者学のべいるる大大学学卒業後の進路

13 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 13 注目の学部学科天文学授業ゼミ紹介天体観測実習九州最大の光赤外線望遠鏡と大学共同利用機関の電波望遠鏡を使った観測実習鹿児島大学理学部物理科学科今井裕准教授ここでは大学で行われている授業ゼミの内容について紹介する鹿児島大学理学部物理科学科では２年次後半から物理コスと宇宙コスに分かれる宇宙コスでは３年次後期に選択科目として天体観測実習があり国立天文台と鹿児島大学が所有する望遠鏡で天体観測をするとともに観測で得られるデタの分析を行っている最初の授業で電磁波や天体観測の原理に関する講義を実際に望遠鏡を触り仕組みを知ってデタを解析する実習受けた後３つの望遠鏡でそれぞれ１回ずつ観測実習を実鹿児島大学理学部物理科学科の宇宙コスは 1997 観測デタの解析実習を２回ずつ行うなお観測によっ施その後単一電波望遠鏡観測デタの解析と光赤外線平成９年にスタト鹿児島県薩摩川内市の入来観測て本格的なデタを取るためには１泊するのが望ましいが所に開口直径１ｍの光赤外線望遠鏡と 20ｍのVERA電波アクセスや宿泊施設の関係で１回の実習は３４時間で望遠鏡鹿児島市の錦江湾公園に６ｍの電波望遠鏡を運用あるそのため解析実習用のデタはあらかじめ観測しし国内外の研究機関とも連携して天文学研究を行ってたものを使うが実際に研究で使われているものであるいる電磁波には周波数によって電波赤外線可視光赤これら複数の本格的な天文観測装置を持っている利点を外線Ｘ線があり望遠鏡の種類によって観測できる電磁生かし３年次後期に天体観測実習という授業を行っ波が異なりますそれぞれの電磁波から得られる情報は異ている学部段階で電波望遠鏡と光赤外線望遠鏡の両方をなるため観測の目的に応じて望遠鏡を使い分けたり組使っての実習を行っている大学は珍しいみ合わせたりします天体観測実習では電波望遠鏡と光また宇宙コスの中には天体物理学宇宙理論研赤外線望遠鏡の２種類の望遠鏡で実習しますからこれら究人工衛星リモトセンシング地球惑星科学があを通して学生は望遠鏡の仕組みや操作法とともに１つる天体観測実習と研究分野が直結するのは天体物理学の方法だけからでは天文現象を正しくは解明できないといであるしかし天体観測実習を教える今井裕准教授うことを学びます今井准教授は学部生のうちは幅広い知識を修得して欲しいと言天体観測には天体の明るさを観測する測光フォトいなるべく多くの学生が履修することを推奨しているメトリ天体から届く光を周波数ごとにスペクトルに分理論研究であっても実際にある自然の情報が盛り込まれてけて測る分光スペクトロスコピ天体の位置を正いる観測デタを読み解くことは必要であるまたどの確に測るアストロメトリ偏波を測るポラリメトリ分野でも実際に観測実験装置に触れその仕組みを知りがあるが実習ではこのうち測光と分光に関するデタを解析してどのような情報が得られるのかを理解し図表１天体観測実習の授業計画 2010 年度ておくことは大切だからだ最近は宇宙コス１学年25 30名中毎年約20名の学生がこの授業を履修している観測では測光と分光を実習全 15 回の授業計画は図表１のとおりであるオリエンテションのあと８回から 15 回が望遠鏡を使った観測とデタの解析となる 64 Kawaijuku Guideline 回数授業計画 1 担当教員実習概要実習予定連絡手段の確認実習方法の確認評価方法の説明 2 惑星地球のプレト衝突付近の火山活動桜島 3 惑星地球における生命と環境の共進化蒲生 4 5 惑星地球のプレト運動水の役割種子島あるいは内之浦周辺 6 7 種子島宇宙開発センタまたは内之浦宇宙空間観測所における人工衛星組み立てロケット発射基地見学 8 電磁波と天体観測の原理 9 ６ｍ電波望遠鏡による天体観測実習 10 ＶＥＲＡ20ｍ電波望遠鏡の見学および観測実習 11 １ｍ光赤外線望遠鏡の見学および観測実習 NEWSTARを用いた単一電波望遠鏡観測デタの解析実習 IRAFを用いた光赤外線観測デタの解析実習

14 Kawaijuku Guideline

15 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 15 注目の学部学科天文学コラム宇宙を学べる大学天文学者のいる大学愛知教育大学教育学部天文学が学べる大学学部について愛知教育大学沢武文先生が調査しているその内容を紹介しよう沢武文教授の調査よりを見てほしい該当する教室等の主な教育内容対象学年沢先生は 1993年から 1998年 2001年 2005年そ教員数宇宙関係の講義宇宙関係のゼミ卒業研究論して 2009年と宇宙関係の教員のいる大学学部等を対象文の必須選択宇宙関係を学べる大学院の有無スタッにアンケト調査を行いその結果をホムペジで公表フの名前スタッフの研究テマ宇宙関係の講義題目としている今回紹介するのは2009年調査のものである宇宙関係の割合卒業研究テマなどの豊富な内容が紹介アンケト調査では宇宙を学べる大学とは宇宙されているに関する研究教育を行っている教員がいて４年生で宇なお大学の学部学科の改組があり現在は異なる学宙関係のテマで卒業研究が行え宇宙に関するセミナ部学科となっている場合もある志望校選択の資料としが行われていることが条件となっている天文学者のいて使う際には必ず自分で各大学のホムペジなどで確る大学とは宇宙に関する研究を行っている教員のいる認してほしい大学であるしかし天文学者のいる大学が必ずしも宇宙を学べる大学とは限らない教員の専門と学部の教育内容が一致しないことがあるからだまた沢先生からの注意点としてこれらの資料はアンケト調査をまとめたものにすぎず回答のない大学も多数残念ながら今回沢先生の調査の全てを紹介する紙面ある従って宇宙を学べる大がないため宇宙を学べる大学天文学者のいる大学学天文学者のいる大学はこを地区別にまとめた資料のみ掲載するが詳しくは沢先生の他にもまだまだたくさんあるのホムペジことに留意してこの資料をにある宇宙を学べる大学天文学者のいる大学 2009 見てほしいということである年度版宇宙を学べる大学天文学者のいる大学１大学名の前の記号については宇宙関係の教育がどの程度なされているか自己申告が原則を表すこの順に宇宙に関することがより深く学ぶことができるのついた大学は天文学者のいる大学ではあるが宇宙についてはほとんど学ぶことができない大学にあたる２学部学科が改組されている場合もあるので受験校の出願にあたっては必ず各大学のホムペジ大学案内で確認してください 66 Kawaijuku Guideline

16 09/注目の新学部/ :48 AM ペジ 16 研究手法や情報処理技術を生かして幅広く就職卒業後の進路天文学の研究を直接生かせる職業はほぼ研究者に限られるが天文学の出身者の多くは研究過程で身につけた能力を生かして幅広い分野に進出している現在の天文学は膨大なデタを統計的に処理することが多く高度な情報処理技術が必要である高い情報処理能力と未知の現象に対する探究能力が評価されているようだに次いで高い図表１設置者別にみると物理学の修理学の中でも高い物理学の大学院進学率っているこの傾向は博士課程への進学率でも同じだ物学系に設置されていることが多い天文学ではニュトン理学は国立では生物学と並ぶものの公私立では化力学はもちろん量子力学熱力学電磁気学一般相対学生物学をともに上回っている論など幅広い物理学の知識も要求されるそこでまずは学校基本調査報告書のデタをもとに理学あるいは物理学の進路の特色を見てみる情報通信業や金融保険業などへも進出してみよう製造業はいずれの系統でもトップを占めるがなり高い 2009年度の学校基本調査報告書によれば大学理学は学士課程修士課程のいずれの場合も情報通信院進学率は工学34 農学27 に対して理学は43 に達業金融保険業教育学習支援業へ進出する割合している工学や農学は技術を修得する側面が強く卒業が他系統よりかなり高く幅広い進路選択が可能になっ後は即戦力として企業等で活躍できる可能性が高いのに対ている図表２して理学は自然現象の解明やその根本法則の発見を目指しており実学的な要素が少ないためだと考えられるなかでも物理学の大学院進学率は 55 と生物学61 図表１理学物理学化学生物学における課程別進路状況図表３の職業別就職者数を見ると工学と比べて専門的技術的職業従事者の割合は高くないがその内訳を見ると理学は情報処理技術者教員機械電博士課程修士課程分 0.1% 4.4% 0.2% 0.0% 2.4% 0.0% 0.0% 0.0% 0.7% 0.2% 0.0% 1.4% 15.2% 2.7% 0.9% 5.9% 2.5% 情報通信業学士課程博士課程修士課程学士課程修士課程工学農学 0.3% 電気ガス熱供給水道業修士課程理学鉱業採石業砂利採取業製造業博士課程学士課程工学農学理学農業林業漁業建設業学士課程 24.8% 36.3% 25.4% 51.9% 65.0% 48.7% 0.4% 0.7% 22.6% 17.1% 2.8% 0.5% 5.4% 15.4% 10.3% 6.0% 0.3% 0.9% 1.8% 1.4% 2.3% 1.0% 6.4% 16.7% 2.8% 1.3% 6.2% 1.7% 5.1% 5.1% 1.2% 2.1% 1.6% 0.9% 0.1% 0.6% 0.2% 3.9% 4.7% 6.2% 5.8% 4.4% 6.2% 宿泊業飲食サビス業 1.4% 0.6% 2.8% 0.2% 0.1% 0.6% 生活関連サビス業娯楽業 1.1% 0.7% 1.3% 0.3% 0.2% 0.4% 教育学習支援業 9.9% 1.0% 3.2% 6.6% 0.7% 3.3% 医療福祉 2.3% 0.7% 2.3% 0.5% 0.2% 1.6% 1.1% 0.7% 5.0% 0.5% 0.2% 2.5% 運輸業郵便業 1.8% 卸売業小売業 10.0% 金融業保険業 7.2% 不動産業物品賃貸業 0.8% 学術研究専門技術サビス業 2.4% 進学者一時的な仕事に就いた者複合サビス事業就職者左記以外の者サビス業他に分類されないもの 5.1% 6.0% 6.7% 2.9% 2.1% 5.2% 死亡不詳の者公務他に分類されるものを除く 4.5% 3.4% 8.3% 2.9% 1.9% 9.0% 上記以外のもの 1.5% 0.8% 1.4% 1.0% 0.7% 1.5% 専修学校外国の学校等入学者東太京陽工系業外大惑学星ブ愛ラ媛ッ大ク学ホル図表２産業別就職者数の割合区物理学ダ東ク京エ大ネ学ルギ次に就職している産業分野を理学工学農学で比較大学院に進学する割合は工学や農学と比べて理学はか化学入試情報士課程への進学率は国立73 公立64 私立42 とな天文学を学べる学科は理学系統の学部なかでも物理生物学概説図表１２とも2009年度学校基本調査報告書 Kawaijuku Guideline 鹿授児業島大ゼ学ミ天宇文宙学を者学のべいるる大大学学卒業後の進路

17 68 Kawaijuku Guideline

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