Transcript Cosmology with Type Ia Supernovae

超新星で探る宇宙の謎 基礎編
東京大学理学系研究科修士課程２年 高梨 直紘
1. 膨張する宇宙
2. 超新星とはなにか
3. 超新星と観測的宇宙論
２００５年３月２６日
天塾＠国立天文台
0. 最初に自己紹介
名前
年齢
所属
高梨直紘
２５
東京大学(修士２年)
専門
観測
観測的宇宙論
（主に）すばる望遠鏡を使用
[ 大事な注意事項 ]
• 科学する心の原点は、“何事も疑ってかかれ”です
• 講師の話を信じ切ってはいけません
• 適度に信じ、適度に疑いましょう
• 今日はその訓練です
0. そして諸注意
【 天文学とはどんな学問か 】
１. 膨張する宇宙
１. 膨張する宇宙
【 タケノコの成長 】
「遠い節ほど早く遠ざかる」
１. 膨張する宇宙
【 タケノコの成長 】
「遠い節ほど早く遠ざかる」
成
長
の
速
度
節までの距離
１. 膨張する宇宙
【 宇宙も成長する 】
後
退
速
度
銀河までの距離
エドウィン・ハッブル（２０世紀）
ハッブルの法則を発見
「遠い銀河ほど早く遠ざかる」
v = H0 r
１. 膨張する宇宙
【 膨張する宇宙 】
タケノコと比較すると・・・
・伸び始め
・急激な成長
・枯れる
・土へ戻る
宇宙はどうなる？
１. 膨張する宇宙
【 宇宙はどうなるか？ 】
宇宙の3通りの運命
• いつか収縮する宇宙
• いつか止まる宇宙
• 永遠に膨張する宇宙
過去を知る事が重要
ボールを投げ上げた時と比較できる
・ 重力にひかれて落ちてくる
・ たまたま釣り合ってそのまま浮かび続ける
・ 永遠に飛んでいく
１. 膨張する宇宙
【 過去の様子を知る 】
Aさん
Bさん
Cさん
← 過去
現在
３人とも時速10kmで走っていたとしても・・・
→ 距離がわかれば判定できる
１. 膨張する宇宙
【 過去の様子を知る 】
加速
一定
減速
← 過去
距離
遠ざかる速度
現在
測定が難しい
（比較的）簡単 ← 赤方偏移で測定する
１. 膨張する宇宙
【 距離を求める 】
明るさと距離には関係がある
加速膨張
一定膨張
減速膨張
標準光源があれば、距離は計算で求まる
明るさがわかれば、距離がわかり、宇宙の過去もわかる
１. 膨張する宇宙
【 標準光源を探せ 】
標準光源の条件は？
・ とても明るい
・ 一定の明るさ
・ 光度進化がない
超新星
・ 銀河と同じ程度の明るさ
・ ある種のものはどれもほぼ同じ明るさ
・ 過去も最近も同じ明るさ
１. 膨張する宇宙
【 ここまでのまとめ 】
• 宇宙は膨張している
• 膨張の様子はよくわからない
• 過去の様子を知る必要がある
• 超新星が良いらしい
２. 超新星とはなにか
２. 超新星とはなにか
【 超新星とはなんぞや 】
一生の最後で起こす大爆発
大別して２つタイプがある
[重力崩壊型超新星] Ib型、Ic型、II型
重い星の最後の大爆発
中心核に外層が落ち込んで爆発
・ すごい明るいものもある
・ 明るさが一定ではない
２. 超新星とはなにか
【 超新星とはなんぞや 】
一生の最後で起こす大爆発
大別して２つタイプがある
[炭素核爆発型超新星]Ia型
白色矮星の爆発
星全体が爆発
・ -19等程度（太陽の１千億
倍）
・ 明るさがどれもほぼ一定
２. 超新星とはなにか
【 Ia型超新星 】
白色矮星
・ 太陽程度の星のなれの果て
・ 電子の縮退圧で支えられている
チャンドラセカール質量が上限
（太陽質量の1.37倍）
→上限を超えると潰れて爆発する
２. 超新星とはなにか
【 Ia型超新星 】
白色矮星＋巨星
巨星からガスが降り積もる
↓
限界を超えると爆発する
Ia型超新星
爆発する時の質量が一緒
→
明るさが同程度になる
２. 超新星とはなにか
【 ここまでのまとめ 】
• 超新星は星の進化の果ての現象
• 標準光源にはIa型が良い
３. 超新星と観測的宇宙論
３. 超新星と観測的宇宙論
【 Ia型超新星を使う 】
標準光源としてのIa型超新星
・ 非常に明るい
・ 明るさがほぼ一定
・ 近傍も遠方も変化なし（と期待できる）
・ とてもレアな現象（銀河系では400年間出現無し）
・ 本当の明るさがきっちりとは決められない
この問題をクリアしないと使えない！
３. 超新星と観測的宇宙論
【 Ia型超新星を探す 】
超新星の出現率・・・１個/１００年/１つの銀河
＝１００個の銀河を探せば、１年間に１個は見つかる
＝365００個の銀河を探せば、１日に１個は見つかる
一気にたくさんの銀河を同時に撮像すれば見つかる
３. 超新星と観測的宇宙論
【すばる望遠鏡】
すばる観測所大プロジェクト
( 春 ) SDF
( 秋 ) SXDS
圧倒的に広い視野を狙う
広視野撮像カメラSuprime-cam
8000万画素、30分角の視野
大望遠鏡＋広視野撮像カメラ
→遠方の銀河を幅広く撮像可能
３. 超新星と観測的宇宙論
【SXDS】
くじら座の領域
約100万個の銀河
↓
一度の撮像で10個以上の
超新星を発見
３. 超新星と観測的宇宙論
【 超新星の見つけ方 】
何晩かに分けて同じところを撮影する
３. 超新星と観測的宇宙論
実際に超新星を探してみましょう
【第1問】
2003年5月に撮像
３. 超新星と観測的宇宙論
2003年6月に撮像
【第2問】
2003年5月に撮像
３. 超新星と観測的宇宙論
2003年6月に撮像
【第3問】
2003年5月に撮像
３. 超新星と観測的宇宙論
2003年6月に撮像
３. 超新星と観測的宇宙論
【 超新星探査チーム 】
遠方の超新星探査を行う２大国際研究グループ
・ HZT (High-Z Team)
・ SCP (Supernova Cosmology Project)
・ 遠方の超新星を探し
・ 明るさを測定して
・ 宇宙膨張の様子を精査
３. 超新星と観測的宇宙論
【 結果はいかに？ 】
宇宙は加速膨張している！！
暗い
明るい
地球からの遠さ
３. 超新星と観測的宇宙論
【 真の明るさを知る難しさ 】
問題点１ 手前側か奥側かがわからない
→ 赤さから判断する
おもて？ うら？
３. 超新星と観測的宇宙論
【 真の明るさを知る難しさ 】
問題点２ 完全に一様な明るさではない
１等以上の開きがある！
たくさん観測して解決？
３. 超新星と観測的宇宙論
【 加速する宇宙膨張 】
なぜ加速している？ →
ダークエネルギー
３. 超新星と観測的宇宙論
【 これからの観測的宇宙論 】
たくさんの超新星を精度良く観測する時代に
→ダークエネルギーの性質を探る
SNAP衛星
SDSS望遠鏡
３. 超新星と観測的宇宙論
【 日本人と超新星 】
日本のアマチュア天文家が大活躍
・ 大望遠鏡は遠くを狙う（近くが苦手）
・ 高度な知識と技術
・ なによりも熱心
超新星に興味があると得をします
・ 夜空を眺めるのが楽しくなります
・ つまらないことが気にならなくなります
超新星の発見数
３. 超新星と観測的宇宙論
【 まとめ 】
• 宇宙は加速膨張している
• 超新星を使った研究はこれから
• 今晩から夜空を見上げましょう
おつかれさまでした
１. 膨張する宇宙
【 過去の様子を知る 】
宇
宙
の
大
き
さ
（
赤
方
偏
移
）
加速膨張
一定の明るさの天体
（標準光源）
減速膨張
遠い
近い
時間（＝距離）
現在
１. 膨張する宇宙
【 過去の様子を知る 】