宇 宙 科 学 II ( 電 波 天 文 学 ) 第 1 回 国 立 天 文 台 本 間 希 樹 自 己 紹 介 今 日 の 内 容 今 回 の 震 災 に 関 連 して 自 分 の 研 究 紹 介 VERA サブミリ 波 VLBI ( 電 波 天 文 学 の 入 門 をかねて) 1
自 己 紹 介 など 氏 名 : 本 間 希 樹 (ほんま まれき) 所 属 : 国 立 天 文 台 水 沢 VLBI 観 測 所 連 絡 先 : 181-8588 三 鷹 市 大 沢 2-21-1 メール: mareki. honma @ nao. ac. jp 電 話 :0422-34-3640 HP: http://veraserver.mtk.nao.ac.jp/vera/honma/index.htm (googleに 本 間 希 樹 で 検 索 ) 約 20 年 前 (1990 年 )に 東 大 駒 場 に 入 学 現 在 の 主 要 な 研 究 テーマ 研 究 テーマ 超 長 基 線 電 波 干 渉 計 (VLBI)の 手 法 を 用 いた 銀 河 系 構 造 の 研 究 サブミリ 波 VLBIを 用 いたブラックホールの 直 接 撮 像 VLBI : Very Long Baseline Interferometer 2
国 立 天 文 台 について もともとは 東 京 大 学 東 京 天 文 台 (1888 年 ~) 1988 年 に 国 立 天 文 台 に 改 組 大 学 共 同 利 用 機 関 として 大 型 の 望 遠 鏡 を 建 設 運 営 野 辺 山 宇 宙 電 波 観 測 所 ( 長 野 県 ) すばる 望 遠 鏡 (ハワイ) VERA ALMA (チリ アタカマ 高 地 ) 他 にも 多 数 の 望 遠 鏡 有 り 主 な 仕 事 場 国 立 天 文 台 三 鷹 オフィスがある( 滞 在 半 分 くらい) 国 立 天 文 台 水 沢 ( 岩 手 県 奥 州 市 ) VERAの 運 用 センターがある( 年 間 1ヶ 月 程 度 滞 在 ) チリ アタカマ 高 地 国 立 天 文 台 のASTE 望 遠 鏡 がある サブミリ 波 VLBI という 新 しいプロジェクトを 推 進 中 ( 年 間 1ヶ 月?) 研 究 室 見 学 など 歓 迎 です 3
この 授 業 の 進 め 方 パワーポイントをベース 重 要 な 事 項 はときどき 板 書 評 価 はレポートで( 課 題 を 出 す 4 回?) (7 月 以 降 の 講 義 は 電 力 事 情 などで 中 止 もあり 得 る?) 今 回 の 震 災 に 関 連 して 4
まず 最 初 に 被 災 した 方 々に お 見 舞 い 申 し 上 げます 一 方 被 災 していない 方 は 復 興 のため 各 自 で できることをやりましょう 節 電 義 援 金 ボランティア 国 立 天 文 台 と 震 災 国 立 天 文 台 水 沢 ( 岩 手 県 奥 州 市 震 度 6 弱 ) 2008 年 に 耐 震 改 修 を 終 えたおかげで 職 員 には 人 的 被 害 なし 電 波 望 遠 鏡 は3 月 11 日 以 降 停 止 中 ( 現 在 被 害 を 調 査 中 ) 5
国 立 天 文 台 三 鷹 への 影 響 揺 れによる 大 きな 被 害 はなし( 机 の 上 がちら かった 程 度?) 計 画 停 電 の 影 響 は 大 ( 現 在 も) スパコン 停 止 VERAのデータ 処 理 用 相 関 器 停 止 データ 解 析 計 算 機 停 止 等 々 以 下 関 東 大 震 災 に 際 しての 作 家 たちの 言 葉 毎 日 新 聞 余 禄 震 災 と 文 化 (2011 年 4 月 7 日 )から 我 々 文 芸 家 にとって 第 一 の 打 撃 は 文 芸 ということが 生 死 存 亡 の 境 においては 骨 董 (こっとう) 書 画 などと 同 じように 無 用 の 贅 沢 (ぜいたく) 品 であることを マザマザと 知 ったこと である 菊 池 寛 芸 術 は 生 活 の 過 剰 だそうである しかし 人 間 を 人 間 たら しめるものは 常 に 生 活 の 過 剰 である 僕 等 (ぼくら)は 人 間 た る 尊 厳 の 為 (ため)に 生 活 の 過 剰 を 作 らなければならぬ 過 剰 を 大 いなる 花 束 に 仕 上 げねばならぬ 芥 川 龍 之 介 文 芸 芸 術 を 天 文 学 に 置 き 換 えてみても 成 り 立 つ? 6
震 災 と 宇 宙 科 学 地 震 津 波 - 地 震 学 地 球 物 理 学 地 殻 変 動 計 測 : 宇 宙 測 地 技 術 ( 宇 宙 の 観 測 と 密 接 に 関 連 ) 原 発 - 原 子 核 物 理 学 核 エネルギーは 宇 宙 と 密 接 に 関 連 今 回 の 教 養 の 授 業 では 宇 宙 科 学 と これらの 話 題 の 関 連 についてもふれます 今 回 の 地 震 による 地 殻 変 動 防 災 に 関 する 諸 連 絡 教 養 部 から 来 た 連 絡 の 抜 粋 駒 場 キャンパスは 耐 震 改 修 済 3 月 11 日 の 地 震 ( 震 度 5 強 )でも 問 題 なし 講 義 中 に 地 震 が 起 きたら まずは 机 の 下 に 隠 れ 教 室 に 待 機 する (いきなり 外 に 逃 げない) 最 終 避 難 場 所 :ラグビー 場 陸 上 競 技 場 緊 急 地 震 速 報 を 受 信 した 場 合 は 皆 に 知 らせる 7
私 の 研 究 紹 介 主 な 研 究 対 象 : 銀 河 系 VERA 銀 河 系 の 真 の 姿 を 描 き 出 す サブミリ 波 VLBI 銀 河 系 中 心 のブラックホールを 直 接 撮 像 する 8
銀 河 系 = 天 の 川 天 の 川 が 星 の 集 まりであることを 発 見 したのはガリレオ 2009 年 : 世 界 天 文 年 ガリレオが 始 めて 望 遠 鏡 で 宇 宙 を 観 測 (1609 年 )してから400 年 目 ガリレオ ガリレイ 1564-1642 ガリレオの 望 遠 鏡 9
特 徴 円 盤 状 渦 巻 きがある 星 の 数 : 約 2000 億 中 心 にはブラックホール? 銀 河 系 の 想 像 図 直 径 10 万 光 年 M63 銀 河 ( 銀 河 系 もこんな 形?) 太 陽 系 光 の 速 さ と 光 年 光 の 速 さ : 毎 秒 30 万 キロメートル 地 球 1 週 0.13 秒 月 まで 1.3 秒 ( 月 まで38 万 km) 光 年 : 光 が 一 年 に 進 む 距 離 キロメートルで 表 すと: 毎 秒 30 万 km x 365 x 24 x 3600 = 9460800000000 km 10
VERA ー 銀 河 系 の3 次 元 測 量 - VERAについて VERA:VLBI Exploration of Radio Astrometry 4 台 の 望 遠 鏡 から なる 電 波 干 渉 計 銀 河 系 内 の 天 体 の 距 離 を 精 密 に 測 り 最 新 の 銀 河 系 像 を 描 く 11
銀 河 系 全 域 の 測 量 は 未 知 の 世 界 ヒッパルコス 衛 星 が 測 量 した 領 域 太 陽 系 天 の 川 銀 河 の 中 心 直 径 10 万 光 年 銀 河 系 全 域 の 測 量 は まだ 手 付 かずの 未 開 の 領 域! これまでの100 倍 の 精 度 を 持 つ 新 しい 望 遠 鏡 が 必 要! 星 の 距 離 を 測 る 年 周 視 差 法 三 角 測 量 の 原 理 で 仮 定 なしに 天 体 の 距 離 を 測 る 方 法 地 球 の 公 転 を 利 用 し 星 の 位 置 の 年 周 変 動 を 測 定 基 準 : 地 球 ー 太 陽 間 の 距 離 1 天 文 単 位 =1 億 5000 万 km 年 周 視 差 の 模 式 図 12
年 周 視 差 は 小 さい 太 陽 に 最 も 近 い 星 : ケンタウルス 座 α 星 距 離 4.3 光 年 (=27 万 天 文 単 位 ) 視 差 0.7 秒 角 (1/5000 度 ) 距 離 が 遠 い 視 差 が 小 さい 観 測 が 難 しい ケンタウルス 座 α 八 重 山 諸 島 からみた 南 天 の 星 南 十 字 星 角 度 の 単 位 について 角 度 の 単 位 1 回 転 = 360 度 1 分 角 = 60 分 の1 度 1 秒 角 = 60 分 の1 分 角 = 3600 分 の1 度 (1ミリ 秒 角 =1000 分 の1 秒 角 ) (1μ 秒 角 =100 万 分 の1 秒 角 ) ランドルト 環 人 間 の 視 力 視 力 1.0 : 1 分 角 を 見 分 けることができる (3m 先 にある 大 きさ1mmのものに 相 当 ) 13
距 離 の 単 位 について 年 周 視 差 1 秒 角 に 相 当 する 距 離 を 1 pc (パーセク) と 呼 ぶ 1000 pc = 1 kpc (キロパーセク) 1000 kpc = 1 Mpc (メガパーセク) 1 pc ~ 3.09 x 10^13 km ~ 3.26 光 年 太 陽 近 傍 の 星 まで 銀 河 系 の 中 心 まで 隣 の 銀 河 まで ~ 数 pc ~8 kpc ~1 Mpc 銀 河 系 測 量 の 要 求 精 度 銀 河 系 中 心 8 kpc 年 周 視 差 125 μ 秒 角 これを 見 分 けるには 10μ 秒 角 ( 約 4 億 分 の1 度 ) レベルの 測 定 精 度 が 必 要 ( 月 面 上 の1 円 玉 を 地 球 から 見 たときの 角 度 ) 380000 km 14
銀 河 系 の 測 量 からわかること 銀 河 系 の 大 きさ 構 造 天 体 の 距 離 明 るさ 大 きさ 等 々 ( 銀 河 系 内 の 天 体 を 対 象 としたすべての 天 文 学 研 究 の 基 礎 ) 渦 巻 き 銀 河 ( 左 )と 棒 渦 巻 き 銀 河 ( 右 ) 天 の 川 はどっちだろう? 暗 黒 物 質 ( 光 らない 物 質 )の 量 と 分 布 VERA: VLBI Expolration of Radio Astrometry 入 来 4 台 の 電 波 干 渉 計 で 銀 河 系 の 測 量 を 行 う 水 沢 石 垣 島 小 笠 原 最 長 基 線 : 2300 km 完 成 :2002 年 春 観 測 :2004 年 ~ 15
南 の 楽 園 石 垣 島 銀 河 系 測 量 をめぐる 状 況 国 際 衛 星 プロジェクトが 複 数 予 定 されている GAIA (ヨーロッパ) 2013 年 打 ち 上 げ SIM (アメリカ) 2015 年 打 ち 上 げ JASMINE ( 日 本 ) 2018 年 打 ち 上 げ? 目 標 はいずれも 銀 河 系 の 測 量 VERAの 利 点 : 早 くから 観 測 開 始 電 波 VERAの 難 点 : 天 体 数 が 少 ない. 16
高 精 度 位 置 天 文 ミッション 10 マイクロ 秒 角 以 下 を 目 指 した 計 画 が 複 数 存 在 name type band start year accuracy # of stars SIM space opt ~2013 10 μas or higher 10^4 GAIA space opt ~2015 10 μas 10^9 JASMINE space IR 2018? 10 μas 10^8 VERA VLBI radio 2004 10 μas 10^3 VERAの 最 新 の 結 果 については 別 の 回 に サブミリ 波 VLBI - 銀 河 系 中 心 の 巨 大 ブラックホールを 見 る - 17
Sgr A* : 銀 河 系 中 心 の 巨 大 ブラックホール 電 波 で 見 た 銀 河 系 の 中 心 部 Sgr A*( 射 手 座 Aスター) 銀 河 系 中 心 にある 巨 大 ブラックホール 太 陽 の4 百 万 倍 の 質 量 Sgr A 赤 外 線 で 見 たSgr A* 周 囲 の 星 の 運 動 500 光 年 ブラックホールは 見 える? ブラックホール 自 身 は 暗 い(はず) (ブラックホールとは 強 い 重 力 により 光 さえ 吸 収 ) しかし ブラックホールに 落 ち 込 むガスが 回 転 しなが ら 高 温 で 明 るく 輝 くので それを 背 景 に 黒 い 穴 が 見 えると 期 待 される でも まだ 誰 も 見 ていない 銀 河 系 中 心 のブラックホールは 黒 い 穴 の 見 た 目 サイズが 最 も 大 きい Fukue et al. (1988) 直 径 ~30マイクロ 秒 角 ( 波 長 の 短 い 電 波 干 渉 計 なら 分 解 可 能 ) 18
ブラックホールを 見 る 望 遠 鏡 の 分 解 能 Θは 口 径 Dと 波 長 λで 次 のように 書 ける Θ~ λ / D 波 長 λが 短 いほど 有 利 λ~ 1mm, D ~ 8000 km ならΘ~ 25μ 秒 角 ARO/SMT-CARMA(600km) ARO/SMT-JCMT Doeleman et al. 2008 in Nature 2008 年 にMITを 中 心 とするグループが1.3mmでSgr A*の 構 造 を ~40 μ 秒 まで 分 解 シャドウ 分 解 まであと 一 歩? ASTEを 用 いたサブミリ 波 VLBI 国 立 天 文 台 のASTE 望 遠 鏡 サブミリ 波 観 測 に 適 したチリ アタカマ 砂 漠 ( 標 高 4860m)に ある これを 米 国 の 望 遠 鏡 と 組 み 合 わせて 銀 河 系 中 心 ブラッ クホールの 国 際 観 測 を 推 進 中 ASTE 10m telescope CARMA SMTO JCMT ASTE 19
進 捗 状 況 2010 年 4 月 に ASTEを 用 いた 初 のサブミリ 波 VLBI 観 測 を 実 行 観 測 までの 道 のり 2010 年 1 月 の 作 業 : 観 測 用 コンテナを 設 置 し ケーブルを 敷 設 ASTE VLBI 観 測 まで VLBI 観 測 用 の 装 置 を 入 れるコンテナを 設 置 受 信 機 をアンテナに 搭 載 数 ヶ 月 の 立 上 げの 苦 労 の 後 4 月 初 旬 に2 晩 の 観 測 を 実 行 現 在 結 果 待 ち 今 後 数 年 ~10 年 でブラックホールの 黒 い 穴 が 見 えるとよい? 20
アタカマ 高 地 の 話 アタカマ 高 地 (アタカマ 砂 漠 ) チリのアンデス 山 脈 中 に 広 がる 標 高 5000mの 砂 漠 地 帯 空 気 が 乾 燥 して 水 蒸 気 量 が 少 ないために 天 文 観 測 に 適 している 最 近 多 数 の 望 遠 鏡 が 建 設 されている ALMA Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (スペイン 語 で 魂 という 意 味 ) 日 米 欧 の 国 際 協 力 で66 台 以 上 のミリ 波 サブミリ 波 干 渉 計 を 建 設 ( 現 在 建 設 中 ) ALMAの 想 像 図 (チリアタカマ 砂 漠 標 高 5200m) 21
ALMAへの 道 ALMAへの 道 22
ALMAへの 道 ALMAへの 道 23
ALMAの 現 状 ベースキャンプ ( 標 高 2900m ここでアンテナを 組 み 立 て 調 整 ) ALMAの 現 状 ALMA Roadでアンテナを 運 ぶTransporter (この 日 は 空 っぽ)とすれ 違 い 24
ALMAの 現 状 サイト ( 標 高 5200m 現 在 ~10 台 のアンテナが 設 置 され 試 験 中 ) アタカマの 望 遠 鏡 たち ASTE ( 国 立 天 文 台 電 波 直 径 10m) TAO ( 東 大 赤 外 口 径 1m) APEX ( 欧 州 電 波 直 径 12m) QUIET ( 国 際 共 同 電 波 ) 25