神奈備の物理雑談 8

ラグランジェ点
 太陽と地球と月の重力がバランスする宇宙の場所を言う。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が設置されている。
 L2ポイントは 地球から太陽の反対方向に向かっておよそ 150万km 外側に位置するラグランジュ点です。ここから地球をみると、距離は 38/150で月の4倍、見かけの直径も月の4倍、で、結局月の大きさに見える。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が撮影した「車輪銀河」の画像が公開された
 車輪銀河はその名が示すように、直径約15万光年とされる大きなリング構造や、内側と外側のリング構造をつなぐスポークのような構造を持つ印象的な姿をしています。大小のリングやスポークを彩る赤色は、炭化水素に富む塵の分布に対応しています。いっぽう、スポークの隙間から見える青色の輝きは、個々の星や星形成領域(ガスや塵から新たな星が形成されている領域)を示しています。
左 ジェイムズ、右 ハップル

新型宇宙望遠鏡「ジェイムズ・ウェッブ」主鏡にダストサイズの流星物質が衝突
 アメリカ航空宇宙局(NASA)は6月8日、新型宇宙望遠鏡「ジェイムズ・ウェッブ(James Webb)」の主鏡を構成する18枚の鏡の1つで、微小な流星物質との衝突が起きたことを明らかにしました。
 写真は望遠鏡全体で、背後の大きな三角形は太陽の光から望遠鏡を守り、冷却するものです。

天の川銀河の中心のブラックホールの撮影に成功
 世界各地にある電波望遠鏡を連携させて超高分解能の電波画像を撮影しようという国際プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)」だ。
 今回撮影されたブラックホール「いて座A*(いてざエースター)」は、私たちが住む天の川銀河の中心部に存在する超大質量ブラックホールで、いて座の方向約2万7000光年の距離にある。ブラックホールの質量は約400万太陽質量で、超大質量ブラックホールの中では軽い方だ。
画像 イベント・ホライズン・テレスコープ
天の川銀河の中心のブラックホー
 イベント・ホライズン・テレスコープで撮影されたブラックホール「いて座A*(いてざエースター)」は、私たちが住む天の川銀河の中心部に存在する超大質量ブラックホールで、いて座の方向約2万7000光年の距離にある。ブラックホールの質量は約400万太陽質量で、超大質量ブラックホールの中では軽い方だ。
 ブラックホールが銀河の形成を引き起こしたのか、その逆かという因果関係でモデルは変わってくる。暗黒物質がこれらのモデルの不可欠の変数である。][ 画像 天の川銀河の中心のブラックホール

超新星爆発
質量が太陽の何十倍もある大質量星はその一生の最後に大爆発をおこします。 恒星の寿命は質量の3乗に反比例するそうです。太陽の10倍とすると、1000万年で、超新星爆発を起こします。膨大なエネルギーを解放し、星の中でつくった重元素 をあたりに撤きちらします。「宇宙の重元素汚染」などともいいますが、 これが無ければ宇宙は単純な元素に満されているままで、 そこから太陽や地球、そして私たち自身も生れることはなかったのです。
図の中の赤いつぶつぶは、鉄や炭素、ケイ素を含んだ ガスです。これらが爆発により毎秒およそ100キロメートル から1000キロメートルの速さで吹き飛ばされています。 このような超新星爆発が宇宙のあちこちで起こり、 次の世代の星や惑星誕生に必要な材料を作り出したと考えられています。
画像  超新星爆発衛星

宇宙の外側
 宇宙の距離は光の通過時間で表すのが便利です。
地球と月 約1秒  1光秒
地球と太陽 約8分  8光分
太陽から銀河中心までの距離は約2万5800光年。
宇宙開闢地点と太陽 464億光年 もともと138億光年でしたが、宇宙が膨張して現在では464億光年まで遠ざかっています。約3.4倍に広がっています。 中誕生の直後に宇宙は急激な膨張(ウイルスが天の川銀河になるほどの 村山斉氏)をしたとされています。したがって、464億光年の外側にも宇宙空間が広がっているのでしょうが、私たちは見ることができません。
画像 宇宙の膨張衛星

ウチュウノ晴れ上がり 38万年歳
 性能の良い望遠鏡があれば、138億年前の宇宙誕生の瞬間を見ることができるのでしょうか?
残念ながら誕生から38万年までは宇宙はプラズマ状態で、光や電磁波は電子の雲に邪魔されて出てくることはできませんでした。38万年後以降しかしたがってみえません。ニュトリノや重力波ならとらえることができるでしょうが、現在の技術ではまだキャッチできません。宇宙がはれ上がった直後に出てきた光は現在でも宇宙を飛んでおり、我々も見ることができます。この光を宇宙マイクロ波背景輻射と呼びます。
画像 視界が開けた宇宙の晴れ上がり

宇宙マイクロ背景放射
射宇宙誕生から38万年間の出来事がその放射のなかに刻まれています。化石のようなものです。最古の光です。この光を見ることができるのは、宇宙に始まりがあった証拠になります。ビッグバンでは宇宙に光が満ちあふれていたその光が宇宙マイクロ波背景放射としtrみえるのです。
宇宙の教則な膨張―インフレーションの痕跡が残念ながらみつかっていません。
画像 宇宙マイクロ波背景放射

宇宙マイクロ波背景放射
宇宙マイクロ波背景放射は今より宇宙が小さい世界全体に満ちていた光です。その頃より宇宙は1100倍の大きさに膨張しています。38万年歳の宇宙は3000度(絶対温度)でした。これは電子が養子に取り込まれる温度です。
一歩、ぜんざいの宇宙の温度は2.7度です。1100分の1になっています。それだけ宇宙が膨張しました。
 この光の波長も宇宙の膨張によって長くなっており、光の状態がマイクロ波の状態になって、地球に降り注いできています。古いテレビで、放送が終わったときに画面に波のような波形がうつりましたがそれが背景放射の一部でした。
画像 テレビの雑音

宇宙マイクロ波背景放射
宇宙の晴れ上がりと時は宇宙は約3000度でしたが、すべてが等しい温度であったことにはなりません。すべてが全く同じ温度であったら、均一な宇宙となって、星や銀河ができません。なにもない宇宙になっていたことでしょう。 幸いにして、宇宙マイクロ波背景放射の温度は10万分の1ほどの差異があります。これを宇宙の温度ゆらぎといいます。この揺らぎが星や銀河をうむことになりました。
画像 宇宙マイクロ波背景放射 

宇宙マイクロ波背景放射
 宇宙マイクロ波背景放射に光は38万歳の時点から地球までまっすぐ飛んできたものを観測しています。四方八方から地球に届いています。宇宙の晴れ上がりから出発した光が全宇宙から届いています。その半径は138億光年の38万光年 て枚の巨大な半径の演習からきたことになりまっす。 地球を中心として宇宙が膨張しているこらです。
画像 宇宙マイクロ波背景放射

背景ニュートリノ
 宇宙誕生の1秒後からユートリノができて飛び始めたと考えられています。現在の強さは極めて弱いエネルギーですので、今の技術では補足して観測することはできません。このニュートリノを宇宙背景ニュートリノとおおます。  太陽からも大量のニュートリノがおしよせてきています。角砂糖1個の大きさのなかに300個のありますこれがほぼ光速のスピードで人体を通り抜けていますが、われわれは何もかんじません。ほとんどなにとも
画像 宇宙背景ニュートリノ

重力波の観測
 重力とはニュートンの発見した万有引力のことです。アインシュタインはそれを時空間のいがみとして説明しました。そのゆがみが何としてでんぱするのですが、それを重力波といいます。アインシュタインはあまりの微弱だからとらえられないどろうと予言しました。
 さいきん、二つのブラックホールが合体して大きい重力変化があり、それを波として観測できました。技術の進歩です。 ブラックホールの合体は一部が消えてしまい、重力が失われるので、全体としては突然軽くなるので、そこに重力波がはっせいします。
画像 ブラックホールの合体

宇宙の誕生やインフレーション
宇宙の誕生やインフレーション(急激な膨張)は空間に変化を与えますので、空間が波打って、重力波と同じような現象がおこるかもしれません。これらをキャッチできれば、おおきい発見となります。
 宇宙の誕生やインフレーション  

重力と電磁気力
 二つの要旨に働く重力(引力)と電荷による反発力が働きます。小さな磁石で縫い針を簡単に持ち上げることは経験されたことがおありでしょう。地球が引っ張っている縫い針を小さい磁石が簡単に打ち破ったのです。力の差は40桁もあります。1の後に0を40個書いた数、10億の4回掛けた差があります。
 もし、重力が電磁気力と同じ程度の強さがあるとしますと、陽子を数個集めるとその重力で核融合を起こすでしょう。
画像 重力と電磁気力

重力の微調整
 重力がもう少し強い場合、恒星の中での核融合反応が激しくなり、恒星の周辺では光や熱が増加し、恒星の寿命が短くなります。惑星があっても、生命が知的になる時間があるかどうか。
逆に重力が弱い場会う、恒星の核融合にすく度がよわいので、恒星の寿命が長くなり、惑星の生命が一層知的に進化する時間があります。とんでもない知的生物が表れているかもしれません。
画像 重力の微調整 

4つの力
自然界の力は4しゅりぃあります。重力(引力)、電磁気力(斥力と引力)、原子の中で働く核力(引力)、おなじく弱い力です。私たちの住むこの宇宙では引力と斥力がうまく釣り合って成り立っています。原子が安定して存在できているのは、核力と電磁気力が釣り合っているからです。仮に電磁気力が弱すぎると核力で陽子同士が引き合い、核融合反応をおこしてしまい。逆に電磁気力が強すぎると電子が原資に引き寄せられて、原子が不安定になります。
重力がもっと弱いと、恒星や惑星が形成されず、もちろん、生命も存在できない宇宙になってしまいます。
画像 4つの力 

4つの力
4つの力  相対的な強さ(重力=1)  到達距離m  力を伝える粒子  
強い力  10**40       10**―15   グルーオン
電磁気力 10**38       無限        光子
弱い力  10**―15      10**―18   ウイークボゾン  
重力   1            無限 グラビトン  
画像 4つの力

衛星

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