Transcript 「観測的宇宙物理学の基礎知識」参考資料

第1章 参考資料
平成26年度 東京工業大学 大学院基礎物理学専攻
宇宙物理学（前半）
松原英雄（ISAS、JAXA）
現代の宇宙物理学の課題の解明には、多波長天文学
が不可欠となっている
赤外観測
可視光観測
X線観測
電波観測
波長
5m
1cm
10μm 500nm 250nm
0.5nm
0.5pm
色々な波長の電磁波で、
近くの宇宙から遠くの宇宙へと探る。
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我々の銀河系（中心部）
可視光
近赤外
（COBE衛
星）
遠赤外
（IRAS衛星）
R1-p3
画像提供：NASA／ADC
赤外線で見た全天
中間～遠赤外線
（銀河座標系表示）
R1-p4
画像：NASA提供
NASA提供
銀河の卵ー宇宙の「しわ」
宇宙背景放射探査機COBEによって見つかった、絶対温度２．７Kの宇宙背景放
射のゆらぎ“宇宙のしわ”の図。銀河や銀河団はここから誕生した。
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（画像：NASA提供）
「宇宙のシワ」のWMAPによる観測
CMB （Cosmic Microwave
WMAP
Background)
•Wilkinson Microwave
Anisotropy Probe
(2001 at L2)
•Probe the CMB
fluctuation Spectrum
below the horizon scale :
q ~ 900 - 0.20
(in terms of multipole l :
l = 2-1000
q = 180o / l
)
q ~ 70
q ~ 0.20
WMAP Observations of the CMB
Red - warm
Blue - cool
宇宙創成から星・惑星形成までの宇宙
史
国際リニアコライダー
宇宙最初
の星
(ILC) の研究対象
ビッグ
バン
次世代赤外線
天文衛星SPICA
の研究対象
原始銀河
星・惑星形成
勃興と衰退
ヒッグス粒子
密度ゆらぎ
インフレーション 再結合
ダークエイジ
宇宙年齢 10-36秒 38万年 1億年
初期宇宙の
密度ゆらぎ
銀河形成・成長
現在
10億年
137億年
密度ゆらぎが成長して
宇宙で最初の星を形成
時間
銀河の形成 現在の多様な
と進化
宇宙構造
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目で見える銀河はすべて見つける
ハッブル宇宙望遠鏡による
太古の宇宙の探索
ハッブル宇宙望遠鏡
（画像：NASA提供）
星をまさに作りつつある銀河がいっぱい見
つかりつつあります！
観測波長15mm
• 赤外天文衛星「あかり」は北黄極方向に長時間の撮像観測データを貯め
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ています！（左は国立天文台の「すばる」望遠鏡でとった可視光画像）
ハッブル宇宙望遠鏡で見る重力レンズ銀河団
銀河団：100～1000個の銀河の集団
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写真・STScI
銀河団にはＸ線で輝く高温ガスがある
この高温ガスを閉じこめておくためには、暗黒物質によ
る重力が必要です。
あすか衛星によるX線画像
可視光
髪の毛座銀河団
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（写真/ＪＡＸＡ）
M101の壮観なイメージ
http://www33.ocn.ne.jp/~inetwada/cxoa090210.htm
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M101を遠赤外線で見ると・・・
冷たい塵
暖かい塵
あかり 遠赤外サーベイヤー
M101の外側の方で活発に星形成：すぐそばの
銀河（伴銀河）からガスがはぎとられて、M101
の周辺にふりつもったのではないか？
• 暖かい塵：赤, 冷たい塵：青
• 可視 (DSS R-バンド, 緑) & 遠紫外線 (GALEX, 明るい水色)
天体の位置の表し方（１）
地平座標系
• 方位角と高度
– 観測地点がどこにある
か、また時刻によって
天体の座標は変わって
しまう。
http://www.astroarts.jp/alacarte/kiso/image/110.gif
観測地点や時刻に依らず、天体の
位置を表すには
• 天の赤道：天の極軸
（地球の自転軸の方
向）に垂直な面
• 黄道：天球上での地
球の軌道面
天体の位置の表し方（２）
赤道座標系
• 赤道面と黄道は、春分点
と秋分点で交わる。
– この春分点の方向は（地
球の自転軸の傾きが一定
と思えば）ほぼ慣性空間に
固定された方向である。
– 春分点を起点に赤道に
沿って測った時角を赤経
α、経線（αが一定の大円）
に沿って赤緯δ（赤道δ＝0）
を定義する。
http://www.astroarts.jp/alacarte/kiso/image/113.gif
座標変換（地平座標 赤道座標）
http://www.sci.kagoshima-u.ac.jp/~nishio/InSP/InSP2006-2PPT.pdf
天体の位置の表し方（３）
黄道座標系
• 春分点を起点に、黄道
に沿って黄経λ、経線に
沿って黄緯βを定義す
る。
• 黄道傾斜角
q0 = 23 27
– 春分点をＸ軸とすると、Ｘ
軸周りにθ0回転すれば
得られる
http://www.astroarts.jp/alacarte/kiso/image/115.gif
天体の位置の表し方（４）
銀河座標系
• 銀河赤道（天の川の中
心線）は、赤道に対し
て傾斜しています。
qG = 62 52

• 原点は？
– 銀河中心（射手座の電
波源ＳｇｒＡ）(J2000) を
銀経の原点とする
 = 17h 45m.6
 = 2856
http://www.astroarts.jp/alacarte/kiso/image/117.gif
銀河座標系は全天画像で良く使います
近赤外線でみた全天画像
Two Micron All Sky
Survey (2MASS),
• 銀河円盤とバルジ（丸く膨らんだ部分）を横から見たような姿に見
えますね？わたしたちは、確かに一つの銀河の中に住んでます。
大気の透過率（近中間赤外）
“Astrophysical Quantities”
R1-p24
高度５６００ｍまで上ると・・（１）近赤外
www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/TAO/pjbook/chap7.pdf
高度５６００ｍまで上ると・・（２）中間赤外
• 赤がPWV=0.38mm、青がPWV=0.91mm であり、各々
高度5600m、4200m での水蒸気条件上位10%相当。
高度５６００ｍまで上ると・・（３）23－40mm
大気の透過率（サブミリ波）
R1-p28
ＡＬＭＡサイト（チリ、標高5000m）
ALMAはミリ波サブミリ
波電波干渉計
(Atacama Large
Millimeter /
Submillimeter Array)
• 日、北米、欧、台湾、
チリの国際協力
• – チリ北部標高5000m
の乾燥大地に設置
• – アンテナ台数：12 m
54 台、7m 12 台
• – 波長10 mmから0.35
mmをカバー
• 2011年8月から運用開
始。
heapa.astro.isas.ac.jp/activity/2011/heapaws11/presen/6-2saito.pdf
地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（１）
http://www.kusastro.kyoto-u.ac.jp/~iwamuro/LECTURE/OBS/atmos.html
地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（２）
記号
名称
温度
emissivity
備考
GBT
Ground-Based
Telescope
273 K
0.1
望遠鏡鏡面からの熱
輻射
AE
Atmospheric Emission
～ 273 K
1 - 透過率
地球大気からの熱輻
射
OH
OH airglow
---
---
地球大気からの非熱
的放射
ZSL
Zodiacal Scattered
Light
5800 K
3×10-14
黄道面付近のダスト
による太陽光の散乱
ZE
Zodiacal Emission
275 K
7.1×10-8
黄道面付近のダスト
からの熱輻射
GBE
Galactic Background
Emission
17 K
10-3
銀河面付近のダスト
からの熱輻射
CST
Cryogenic Space
Telescope
10 K
0.05
冷却宇宙望遠鏡での
熱輻射
CBR
Cosmic Background
Radiation
2.73 K
1.0
宇宙背景放射