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宇宙質問箱 ー 宇宙論への質問よりー　

宇宙質問箱 ー 宇宙論への質問よりー　. KEK, IPNS, Cosmophysics Group 小玉英雄. どれに答える？. 宇宙の年齢ってなに？. 宇宙には果てがないの？. 宇宙空間は空っぽなの？. 宇宙の年齢ってなに？. =. 波長の変化 . 速度 v. 波長 . 音速 c s. 音のドップラー効果. 音の高さ＝振動数＝音速／波長. ピーポー　ピーポー. OIII. Hb. 光のドップラー効果. 水素原子のスペクトル. 光子のエネルギー / 振動数.  . v. 赤方偏移：　 z =. =. . c.

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宇宙質問箱 ー 宇宙論への質問よりー　

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Presentation Transcript

  1. 宇宙質問箱ー宇宙論への質問よりー　 KEK, IPNS, Cosmophysics Group 小玉英雄

  2. どれに答える？ 宇宙の年齢ってなに？ 宇宙には果てがないの？ 宇宙空間は空っぽなの？

  3. 宇宙の年齢ってなに？

  4. = 波長の変化  速度 v 波長  音速cs 音のドップラー効果 • 音の高さ＝振動数＝音速／波長 ピーポー　ピーポー

  5. OIII Hb 光のドップラー効果 水素原子のスペクトル 光子のエネルギー /振動数

  6.  v 赤方偏移：　z = =  c Hubbleの法則 遠方の銀河は距離に比例する速度で我々から遠ざかる運動をしている． E. Hubble: PNAS 15: 168 (1929) 1Mpc=106 pc 1pc= 3.26光年

  7. スケール因子 a 時間 t 1/H0 現在 ビッグバン宇宙 Hubbleの法則(1929) a=1 a=0.5 a=0 ビッグバン!! 重力は引力 ⇒ 宇宙膨張は減速型 ⇒ 有限な宇宙年齢 　　　　　　　　⇒ Big-bangモデル 宇宙年齢　t0 < 1/H0' 140億年

  8. 宇宙創生

  9. 宇宙には果てがないの？宇宙の外はどうなっているの？宇宙には果てがないの？宇宙の外はどうなっているの？

  10. 古代の宇宙像

  11. 太陽と太陽系 紀元２世紀　天動説の完成 　　　　　　　（太陽と惑星系）　 • Ptolemy (Klaudios Ptolemaios) 90頃---168頃 • 『アルマゲスト』（最大の書）（正式な書名は、『メガレ・シンタクシス / メガレー・シュンタクシス　テース・アストロノミアース　Megale Syntaxis tes Astronomias』（天文学大全））

  12. Tycho Brahe 1546－1601 Rene Descartes 1596 --1650

  13. 銀河系 １８世紀　　　銀河系の概念 • Frederick William Herschel 1738－1822 反射望遠鏡（口径1.26m）による観測：天王星の発見(1781)，星雲のカタログ，太陽系の固有運動，連星の発見，星数計測による天の川の星分布図（銀河モデル），太陽光の赤外線成分の発見

  14. 系外銀河の発見 • １９２４年　　系外銀河の発見  銀河群，銀河団という階層の認識　(E. Hubble) • 　　星雲の存在は古くから知られており，銀河団についても距離を別にして星雲の集団として認識されていた．例えば，乙女座銀河団(Virgo, 約20Mpc)は 1781年にCharles Messier(1730－1817)により発見されていた．

  15. 宇宙の大構造 １９８６年　　宇宙の大構造: ボイド，フィラメント，グレートウォール • CfA survey －1986 (PI: Margaret Geller) • CfA2 : 10,000 galaxies • Las Campanus: 26,000 galaxies • 2dF －2003: 250,000 galaxies • SDSS survey －2008: 1,000,000 galaxies CfA survey (1986)

  16. SDSS Survey

  17. 現在 ホライズン 時間 宇宙晴上り 初期面 ホライズン Hubbleの法則がどこまでも成り立つと，銀河の後退速度は光の速度を超えてしまう！！！ LH' 4000 Mpcを超える部分は観測できない！

  18. 一様等方な宇宙 Hubbleの法則(1929) 　銀河の後退速度/距離 v= H0 d 宇宙の膨張と一様等方性 平坦な宇宙(K=0) • 一様等方宇宙モデル • 空間は一様等方で，一様な曲率 K をもつ • 空間のサイズ a(t)が時間 t 共に増大 閉じた宇宙 (K>0) 開いた宇宙(K<0)

  19. ブレーンワールドモデル ５次元反ドジッター時空 =負の真空エネルギーをもつ時空 我々の住む世界 =４次元境界 無限遠

  20. 宇宙空間は空っぽなの？

  21. Coma銀河団(by HST)

  22. ピーク波長： ピーク振動数： 宇宙マイクロ波背景放射（ＣＭＢ） １９６５年　A.A. Penzias, R.W. Wilson 宇宙から等方的にやってくる熱的な雑音電波を発見（温度は絶対温度で約３Ｋ） [1978年ノーベル賞受賞] 宇宙空間には１cm3当たり約百万個の光子が存在

  23. George Gamow 1904-1968 Fred Hoyle 1915-2001 Gamowのαβγ理論 Hoyle-Narlikarの定常宇宙論 宇宙は最初，高温の火の玉から始まり，宇宙の温度が８億度程度に下がった頃，ヘリウム原子核が形成された． 宇宙では膨張に伴って常に新たな物質が生まれ続けている．宇宙の姿は永遠に変わらない． 熱いビッグバンモデル • ヘリウムの起源 • 宇宙の原子の約7０%は水素，約２５％はヘリウムからなる • 宇宙年齢１４０億年の間に星の中で合成されるヘリウムの量は現在の存在量の１０分の１以下 Gamowの予言 ヘリウムが宇宙初期に作られたとすると，現在の宇宙は約５度の輻射で満たされている．

  24. COsmic Background Explorer 1989--1993 COBE衛星は、CMBのスペクトルが非常に高い精度で熱放射の理論と一致することを確認。 J.C. Mather, G.F.Smoot: 2006年ノーベル賞受賞

  25. 我々の銀河の回転曲線 輝く物質量からの予想値 太陽の位置 Newton理論での回転速度は Dark Matter

  26. 渦巻き銀河には普遍的にダークハローが存在

  27. 重力レンズでダークマターを探る

  28. 衝突銀河団では、高温ガス（赤）とダークマター（青）が異なる分布をしている。衝突銀河団では、高温ガス（赤）とダークマター（青）が異なる分布をしている。 リング状の分布をする銀河団ダークマター Abell 520 (NASA/Chandra) Bullet Cluster (NASA/Chandra)

  29. 超新星で宇宙を測量する SNLS collaboration: A&A 447:31 ( 2006) Riess et al: Ap. J. 607:665 (2004)

  30. 宇宙の膨張速度 暗黒時代 現在の宇宙の加速膨張 インフレーション 熱いビッグバン宇宙 宇宙時間 ダークエネルギー 宇宙は現在，膨張が加速している！！ 重力が引力⇔　宇宙膨張が減速 宇宙膨張が加速　⇒　重力が斥力 重力が斥力　⇔　圧力 P <－/3

  31. 原子でできた物質 暗黒物質 ダークエネルギー 宇宙の物質組成 宇宙空間は見えない未知の物質で満たされている！！

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