X 線 ( ガンマ線 による観測 あすか ( 日本 ISAS 1993 年 2 月 : 打ち上げ非常に高いスペクトル分解能で 世界のX 線天文学をリードした 2001 年 3 月 : 運用停止 すざく ( 日本 JAXA 2005 年 7 月 : 打ち上げ高いスペクトル分解能と高感度な検出器を持つ

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1 2014 年度 宇宙と地球と人間 講義資料 6 ( 続き ALMA(Atacama Large アメリカ国立電波天文台 ヨーロッパ南天文台 国立天文台 ( 日本 電波干渉計 ( ミリ波 サブミリ波 口径 :12m (50+4 7m 12( 計 66 台 場所 : アタカマ ( チリ Millimeter/ submillimeter Array 計画 東京学芸大学自然科学系宇宙地球科学分野助教 西浦慎悟 ( にしうら しんご 2011 年初期運用開始予定 2013 年 59/66 基が運用開始 現在 様々な成果を出している! 電波干渉計 日本のVLBI システム NiCT 鹿島 34m NiCT 小金井 11m アメリカ国立電波天文台の電波干渉計国土地理院つくば32m カール ジャンスキー VLA(=Very Large Array 国土地理院父島 10m 25m 27 台, 1 辺 21km のY 字型に配置 JAXA 臼田 64m 直径約 40km の電波望遠鏡と同じ角度分解能が得られる 観測時刻を同期して 複数の望遠鏡で得られた電波観測データを 相関器と呼ばれる特殊な計算機上で処理する VLBI= Very Long Baseline 紫外線による観測 Interfarometry 超長基線電波干渉 国 大陸 さらには地球規模で電波望遠鏡を使った精密な電波観測 国立天文台野辺山 45m 国立天文台水沢 10m 国立天文台 VERA 小笠原局国立天文台 VERA 石垣島 あまりの精密さ故に 測地分野でも使用される IUE( 米, NASA 口径 : 45cm 1978 年 1 月 : 打ち上げ 1996 年 9 月 : 運用停止 大気の窓 を抜けた観測天文学 紫外線 ( そして X 線 ガンマ線 の波長帯では 電磁波は地球大気に吸収されてしまい 地上までは届かない 観測のためには大気圏外に望遠鏡を打ち上げるしかない GALEX ( 米, NASA 口径 : 50cm 2003 年 4 月 : 打ち上げ 2013 年 6 月 : 運用停止 何から紫外線が放射されるのか? 数万度という大質量星 寿命は非常に若い 楕円銀河ケンタウルスA(CenA, NGC5128 を電波干渉計で観る 可視光 可視光 + 電波 渦巻銀河 M81 を可視光と紫外線で観る 石垣島天文台, むりかぶし望遠鏡 [105cm] ( 米, CTIO 可視光 ]+VLA[ [ 電波 ] 銀河中心から放射される電波ジェットが確認できる 銀河中心核領域に存在する超巨大ブラックホール ( 太陽質量の数 1000 万 ~1 億倍 によって発生したものと考えられている ( 東京大学木曽観測所 : 可視光 赤い斑状部は水素イオンが多い領域 (GALEX 衛星 : 紫外線 青い部分は大質量星が多い領域 水素イオンが強い場所は その紫外線の源である大質量星も多い 1

2 X 線 ( ガンマ線 による観測 あすか ( 日本 ISAS 1993 年 2 月 : 打ち上げ非常に高いスペクトル分解能で 世界のX 線天文学をリードした 2001 年 3 月 : 運用停止 すざく ( 日本 JAXA 2005 年 7 月 : 打ち上げ高いスペクトル分解能と高感度な検出器を持つ 現在も運用中 大気の窓 を抜けた観測天文学 X 線 ガンマ線の波長帯では ほぼ完全に地球大気に吸収されてしまう 観測のためには大気圏外に望遠鏡を打ち上げる チャンドラ衛星 ( 米 NASA, 1999 年 7 月 : 打ち上げ 運用中 高解像度のX 線画像撮影が可能 XMM- ニュートン衛星 ( 欧 :ESA 1999 年 12 月 : 打ち上げ 運用中 銀河団を可視光と X 線で観る 銀河団 Abell 1060の可視光 ( グレー +X 線 ( 等高線 画像 銀河団全体がX 線を放射する高温プラズマ ( 数 1000 万 ~ 数億度 で満たされている 高温 = プラズマの運動速度が速い = プラズマの運動エネルギーが大きい 銀河団に捕まえておくためには 巨大な重力エネルギーが必要 プラズマの温度から銀河団の質量が計算できる! 銀河の明るさ ( 可視光 から全ての銀河の質量が計算できる X 線で求めた質量 > 可視光で求めた質量 銀河団には 光で見えるものの 10 倍も 光で見えない 何か が存在している あらゆる電磁波で観測できない 真っ暗な物質 ダーク マター 不規則銀河 M82 を可視光と X 線で観る 何から X 線が放射されるのか? 105cm シュミット鏡 ( 東大 : 日本 噴出しているのは電離水素 中性子星やブラックホール 高温プラズマの激流 数 100 万度から数億度という高温プラズマ 高速運動する電子と強力な磁場による放射 ( シンクロトロン放射 チャンドラ衛星 (NASA: 米 M82 中心部の中性子星やブラックホールからのX 線を直接検出 これらブラックホールは中質量ブラックホールという新しい種類のB.H. 暗黒物質 ( ダークマター と膨張宇宙 ダーク マター = あらゆる電磁波を放射しないが 重力には反応する 光が天体の重力で曲げられる現象 重力レンズ を使って ダーク マターの分布を調べる 電磁波による観測では検出できない物質 ダーク マター が 銀河周辺部 銀河の内部 銀河と銀河の間 に存在するらしい 重力レンズから求められたD.M. の空間分布 遠方宇宙の観測から 宇宙の膨張は加速しているらしい ( 宇宙項が存在する!? 通常物質約 4% 暗黒物質 ( ダークマター 約 23%( 重力だけに反応する ダークエネルギー約 73%( 宇宙膨張を加速する要因? ダーク マター ダーク エネルギーの正体は現在も不明 恒星の最後 ( 超新星爆発 : 太陽の 8 倍よりも重い恒星の最後 超新星残骸 ( 超新星爆発によって激しく飛び散るガスが 衝撃波のエネルギーで電離 [ イオン化 ] して発光 宇宙の大規模構造 ハッブル宇宙望遠鏡 (NASA, 可視光 チャンドラ衛星 (NASA, 青 =X 線 中心のパルサーの姿を捉えている 黄色の点一つ一つが銀河 銀河が集まった領域 銀河団 超銀河団 銀河がほとんど存在しない領域 ボイド ( おそらく ほとんど何も無い場所 何故 銀河が集まった領域とほとんど存在しない領域が形成されるのか? 宇宙の誕生 進化と大きく関係しているらしい 2

3 惑星の構造 水星 金星 地球 地球型惑星 小惑星帯 地殻 ( 岩石 マントル ( 高温の岩石 核 ( 鉄 サイズが小さく 密度が高い 木星型惑星 天王星型惑星 ガス 金属水素 核 ( 岩石 氷 サイズが大きく 密度が小さい ガス マントル ( 氷 核 ( 岩石 氷 火星木星土星天王星海王星冥王星 小惑星を持って帰る 小惑星イトカワ はやぶさ ミッション 彗星を壊して一部を持ち帰る 彗星を持って帰る テンペル I 彗星 ディープ インパクト計画 小惑星を持ち帰って分析し 太陽系の起源解明に挑む 冥王星とエッジワース カイパーベルト天体 海王星の外側に冥王星に匹敵するような天体が多く発見されるようになった 惑星形成初期の現場 異形の惑星たち 太陽系 : 内側を小さい岩石型惑星 外側を巨大なガス惑星が円に近い軌道を公転している ホット ジュピター : 地球よりもずっと内側を巨大なガス惑星が公転している エキセントリック プラネット : 非常に楕円率の大きい軌道を惑星が公転している 冥王星は特別な天体ではない ぎょしゃ座 AB 星 ( すばる, 国立天文台 原始惑星系円盤が中心星からの赤外線を反射 あまりにも太陽系と異なる姿どのように惑星系が形成されるのか? セドナ クワオアー もはや冥王星を特別扱いする理由はない コンピュータ シミュレーションによる天体物理学 数値計算による多体問題の結果をシミュレートする アンテナ銀河 (NGC4038/39 マケマケ エリス 従来と異なる太陽系の姿 海王星の外側には無数の微惑星が 遠くまで存在している ハウメア月地球 (2003 EL61冥王星 (Wikipedia 掲載図に一部加工 トゥームレ & トゥームレ (1972 のコンピュータ実験 銀河同士の衝突による形態変化が再現されている 3

4 車輪銀河 VV784 ジャイアント インパクトによる月の形成 衝突1日後 月の起源 ストラック 1997年 のコンピュータ実験 ハッブル宇宙望遠鏡 可視光 1 親子説 分裂説 微惑星が集積して惑 星を形成するというパラ ダイムに合わない 2 兄弟説 共成長説 3 他人説 捕獲説 月には元となった微惑 星ほどの鉄が存在しな い 地球のマントル程度 衝突2日後 衝突2週間後 衝突1ケ月後 銀河の中心付近を 矮小銀河が 通り抜けることで 車輪状形態が再 現された 4 ジャイアント インパ クト説 巨大衝突説 銀河中心を他の銀河が通り抜ける例 NGC4650A 火星程度の惑星が地球 に衝突 一部が飛び出して シミュレーションによる形成中の月 集積 月になった シミュレーション結果の イメージ イラスト 7. 2020年代の観測天文学 Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System Pan-STARRS コンパクト銀河群の進化 口径 1.8m 4台 場所 ハレアカラ山頂 マウイ島 ハワイ 米 観測時には 4台が同じ 方向を向いて同時観測す る これによって 実質口 径3.6mの望遠鏡で観測し たものと同程度の光を集め ることができる HCG40 すばる, 国立天文台 (Barnes 1989, Nature, 338, 123 コンパクト銀河群 銀河合体 10 30億年 楕円銀河に力学的に進化 視野が非常に広く 3度 四方 望遠鏡の速度も速 いため ハワイから見える 空 全天の約3/4 を1週間 もかからずに撮影し終える ことができる 4台完成は 太陽系内の暗い小惑星や微惑星の詳細なデータを集める 2012年の予定だった ための専用望遠鏡 現在は2台目のファーストライトが目標 7. 2020年代の観測天文学 Large Synoptic Survey Telescope LSST 計画 宇宙の大規模構造の形成 口径 8.4m 場所 パチョン山 チリ すばる並みの巨大な口径と 9.6平方度と いう超広視野を兼ね揃えた掃天望遠鏡 非常に暗い太陽系内天体の探索や時間 変動が速い天体の詳細なデータを得るこ とができる 観測から得られた宇宙の大規模構造 このような構造は ダークマターが 存在しなければ 形成され得ないと 言われている ダークマターをモデル化して シミュ レーションを行うことで 大規模構造形 成を間接的に検証する シミュレーションで形成 された宇宙の大規模構造 中央部に巨大な銀河団が形成されている アメリカの22の大学 研究所 企業が LSSTの開発 運営集団を形成して計画 を進めている 2014年 完成予定 2020年 観測開始予定 4

5 SPICA (SPace Infrared Telescope for 計画 Cosmology 京大 & 3.8m Astrophysics 望遠鏡計画 WISH 計画 (Wide -field Imaging -redshift Surveyor for JAXA ( 日本 遠赤外線観測衛星 口径 :3.5m 場所 : 太陽 - 地球系の L2( ラグランジュ ポイントの一つ 2010 年 H2A ロケットにて打ち上げ予定 でした 最短でも2015 年以降ロケットの性能等の事情から一時期口径を3.0m にするという話も 京都大学を中心に名古屋大学 広島大学 国立天文台などが進めている 次世代超巨大望遠鏡のための技術開発という性格も持っている 現在の 国立天文台岡山天体物理観測所に設置 複数機関による運営を予定 口径 :1.5m, 近赤外線超広視野望遠鏡視野 : 約 0.5 度四方 JAXA + 各大学 宇宙望遠鏡としては驚異的な広視野を活かして 宇宙からの掃天観測を行う 2019 年までのHII -A ロケットによる打ち上げを目指す 太陽 - 地球系のL2に設置予定 VSOP2(ASTRO -G 計画 JAXA ( 日本 電波干渉計 XEUS ( ズース = -ray X Evolving Universe Spectrosc ESA( 欧州宇宙機関 X 線 (0.1 ~80KeV XMM-Newton の後継機 巨大アンテナと同じだけの分解能を得る! 口径 :10m 地上のアンテナ群と共同して電波干渉計システムをなす 2012 年打ち上げ予定 でした アンテナ開発の技術的問題が明らかになり 2011 年プロジェクト中止 ZEUS 計画のロゴ ( 実物を右 45 度に回転したもの 有効面積 :30 2 m 10 m 2 5 m 2 焦点距離 :50 m 35 m 場所 : ラグランジュ点 (L2 X 線集光部と X 線検出部の編隊飛行の想像図 巨大な宇宙望遠鏡 1 台を打ち上げるのではなく 集光部と検出部の 2 台を打ち上げて編隊飛行させる TAO 望遠鏡計画東京大学 (Tokyo Atacama Observatory GAIA 計画 (GAIA Mission ESA( 欧州宇宙機関 可視光による位置天文衛生ヒッパルコスの後継機 口径 :6.5m ( 大学単独所有ではNo.1 場所 : チャナントール山 ( アタカマ チリ 標高 5640m という高地で 従来 困難だった近 中間赤外線での挑戦的な観測を行う 最も高い場所にある天文台 ( ギネスに記載 2013 年建設開始 mini -TAO が捉えた銀河中心領域 チャナントール山麓の高原には ALMA が展開している mini -TAO 望遠鏡 (1m 6.5m 鏡に先駆けて 2009 年に運用開始 近赤外カメラANIR (=Atacama Nir -InfraRed camera 中間赤外線カメラMAX38 (Mid - infrared Astronomical explorer 38 を搭載 有効面積 :30 m 10 m 2 5 m 2 20 等級までの恒星 10 億個の位置 固有運動 焦点距離 :50 m 35 m 視線速度を測定し 銀河系の恒星の3 次元地図 場所 : ラグランジュ点 (L2 を描き出すことを目的とする 2013 年 12 月 20 日 ( 日本時間 に打ち上げ 5

6 JWST (James Webb Space 計画 Telescope NASA ESA( 欧州宇宙機関 CSA( カナダ宇宙庁 近赤外線 ~ 中間赤外線口径 :6.5m 重量 :6.2t 場所 : ラグランジュ点 (L2 太陽から見て 地球の反対側に設置 遮光板を持っている 当初は 2010 年で運用終了のHST の後継機であるため 2011 年打ち上げ予定だった その後 HST の運用延長などに伴い 現在は2018 年以降の打ち上げ予定となっている ジェームズ E ウェッブ = 2 代目 NASA 長官 建設費用の面から計画中止という声も出ているらしい TMT(Thirty Meter 計画 Telescope カリフォルニア大学 (UC カリフォルニア工科大学(CalTech AURA( アメリカ ACURA ( カナダ 国立天文台が中心 ( 日本 口径 :30m, F/1 492 枚の六角形ミラー視野 :15 分角重量 :1400 トン建設費用 :750M $ 25%(375 億円 を日本が負担場所 : ハワイ ( 米 宇宙望遠鏡との連携を目的としているが 日本は すばる望遠鏡 との連携も視野に入れて協力している 2016 年観測開始予定 完成イメージ図 2014 年建設開始 2021 年完成予定 GMT(Giant Magellan 計画 Telescope 口径 :8.4m 7(21.4m 相当 550M$ 場所 : ラス カンパナス天文台 ( チリ ワシントン カーネギー協会 ハーバード大 マサチューセッツ工科大学 スミソニアン天体物理観測所 他 JWST との連携観測を目的として建設 運用される予定 2008 年 2 枚目の鏡を製作中 2015 年完成予定 参考資料と引用文献など : 家正則監修 (2002 年 : 21 世紀の宇宙観測 誠文堂新光社.( 画像 : 大気の窓 2 国立天文台 HP( ( 画像 : すばる望遠鏡 岡山 188cm 反射望遠鏡 M42 近赤外画像 最遠宇宙の銀河 ぎょしゃ座 AB 星 HCG40 3 ビクセン (Vixen ホームページ ( ( 画像 : 市販製 8cm 望遠鏡 4 東京大学木曽観測所 HP( s,u-tokyo.ac.jp/kisohp /( 画像 :105cm シュミット望遠鏡 M42 可視光画像 M42 近赤外線画像 馬頭星雲 M16 M83 M81 5 ハワイ大学マウナ ケア観測所 HP( /( 画像 : マウナ ケア観測所 6 西はりま天文台公園 HP( ( 画像 : なゆた望遠鏡 7 県立ぐんま天文台 HP( /( 画像 :150cm 反射望遠鏡 8 広島大学宇宙科学センター HP( -u.ac.jp/hasc /( 画像 : かなた望遠鏡 9 NASA ホームページ ( ( 画像 : ハッブル ディープ フィールド 馬頭星雲中心部 M16 中心部 ハッブル ウルトラ ディープ フィールド M104 可視光 + 赤外線 M51 可視光画像 IUE GALEX M81 紫外線画像 チャンドラ衛星 M82 中心部 X 線画像 M1 可視光画像 M1 中心部 X 線画像 テンペル Ⅰ 彗星 アンテナ銀河の可視光画像 車輪銀河のHST 画像 NGC4650A のHST 画像 10 宇宙航空研究開発機構 JAXA ホームページ ( ( 画像 : あかり衛星 遠赤外線オリオン座 あすか衛星 すざく衛星 A1060 はやぶさ 小惑星イトカワ 11 ホームページ ESA ( / ( 画像 : ハーシェル宇宙望遠鏡 M51 赤外線画像 12 国立天文台野辺山宇宙電波観測所 HP( ( 画像 : 野辺山 45m ミリ波望遠鏡 オリオン座可視光画像 オリオン座電波画像 IC342 電波画像 13 アメリカ国立電波天文台 NRAO ホームページ ( /( 画像 :VLA CenA 可視 + 電波画像 14 石垣島天文台ホームページ ( /( 画像 :CenA 可視光画像 15 ESA, ホームページ XMM( xmm.esac.esa.int / ( 画像 :XMM- ニュートン宇宙望遠鏡 16 ASTRONOMY, Cambridge ( 画像 : 宇宙の大規模構造 University Press 17 愛媛大学理学部 大学院理学研究科 HP( -u.ac.jp ( 画像 :DM 分布図 18 国立天文台アルマ望遠鏡 HP( alma.mtk.nao.ac.jp ( 画像 : アルマ望遠鏡 E-ELT(European Extremely 計画 Large Telescope 19 Toomre & Toomre 1972, Astrophysical ( 画像 : アンテナ銀河の Journal, N 体シミュレーション 178, Struck (1997, Astrophysical Journal ( 画像 : 車輪銀河の Supplement, N 体シミュレーション 113, 269. OWL(OverWhelmingly Large telescope 望遠鏡 21 Barnes (1989, Nature, ( 画像 338, : コンパクト銀河群進化の 123. N 体シミュレーション ヨーロッパ南天文台 (ESO 22 東京工業大学井田研究室 HP( ( 画像 : 月形成シミュレーション 23 白尾元理著 (2006 年 : 月のきほん 誠文堂新光社( 画像 : 月形成シミュレーション 24 マックス プランク研究所 HP ( -garching.mpg.de/galform/millennium /( 画像 : 宇宙の大規模 口径 :100m 視野 :10 分角建設費用 :1200M ユーロ 構造形成シミュレーション 25 Wikipedia ( 画像 : ハッブル宇宙望遠鏡 スピッツアー宇宙望遠鏡 チャンドラ宇宙望遠鏡 準惑星と月 地球 ( 当時 億円 1 Pan-STARRS ( HP -starrs.ifa.hawaii.edu/public/home.html ( 画像 :Pan-STARRS 望遠鏡 2 LSST ( HP ( 画像 :LSST 望遠鏡 LSST 建設サイト 計画見直し 3 宇宙航空研究開発機構 JAXA ホームページ ( ( 画像 :SPICA 想像図 VSOP2 アニメGIF 4 東京大学天文学教育研究センター HP( s,u-tokyo.ac.jp /( 画像 :TAO 望遠鏡予想図 口径 :42m mini -TAO 銀河中心領域赤外線画像 5 京大 3.8m 望遠鏡 HP( -u.ac.jp/psmt /( 画像 : 京大 3.8m 望遠鏡架台 建設費用 :850M ユーロ 6 WISH ホームページ ( ( 画像 :WISH 予想図 ( 当時 8580 億円 7 ホームページ ESA ( 画像 (:ZEUS ロゴ ZEUS 予想図 GAIA 予想図 GAIA 観測機画像 計画見直し 8 NASA ホームページ ( ( 画像 :JWST 想像図 口径 :39m(? 9 Giant Magellan ホームページ ( Telescope /( 画像 :GMT 予想図 ドーム予想図 10 Overwhelmingly ホームページ Large ( Telescope /projects/owl/ ( 画像 :OWL 望遠鏡 OWL 望遠鏡の完成予想図予想図 2018 年? 観測開始予定 2020 年以降ファーストライト予定 11 Thirty Meter ホームページ Telescope ( /( 画像 :TMT 望遠鏡予想図 6

1. 内容と成果研究チームは 天の川銀河の中心を含む数度の領域について 一酸化炭素分子が放つ波長 0.87mm の電波を観測しました 観測に使用した望遠鏡は 南米チリのアタカマ砂漠 ( 標高 4800m) に設置された直径 10m のアステ望遠鏡です 観測は 2005 年から 2010 年までの長期

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