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 ）

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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

電波観測

赤外観測可視光観測

X 線観測

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。

R1-p3

我々の銀河系（中心部） 可視光

近赤外（ COBE 衛

星）

遠赤外（ IRAS 衛

星）

画像提供： NASA ／ADC

R1-p4画像： NASA 提

供

赤外線で見た全天

中間～遠赤外線（銀河座標系表示）

NASA 提供

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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２．７ K 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。 （画像： NASA 提

供）

「宇宙のシワ」の WMAP による観測CMB 　（ Cosmic Microwave

Background)WMAP• 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

Red - warm Blue - cool

WMAP Observations of the CMB

次世代赤外線天文衛星 SPICA

の研究対象

137 億年38 万年

ダークエイジ 銀河形成・成長

1 億年

現在

10 億年宇宙年齢

インフレーション 再結合

宇宙最初の星

原始銀河

10-36 秒時間

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密度ゆらぎ

密度ゆらぎが成長して宇宙で最初の星を形成

初期宇宙の密度ゆらぎ

現在の多様な宇宙構造

宇宙創成から星・惑星形成までの宇宙史

ヒッグス粒子

銀河の形成と進化

ビッグバン

国際リニアコライダー (ILC) の研究対象

星・惑星形成勃興と衰退

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）

目で見える銀河はすべて見つける

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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！

• 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）

観測波長 15mm

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写真・ STScI

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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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

（写真 / ＪＡＸＡ）

可視光

髪の毛座銀河団

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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

• 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 )

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？

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

–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

72230

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。

• 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

http://www.astroarts.jp/alacarte/kiso/image/117.gif

6528

6.4517

mh

2562 G

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

• 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。

Two Micron All Sky Survey (2MASS),

R1-p24

大気の透過率（近中間赤外）

“Astrophysical Quantities”

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

R1-p28

大気の透過率（サブミリ波）

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

GBTGround-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

ZSLZodiacal 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

GBEGalactic Background Emission 17 K 10-3

銀河面付近のダストからの熱輻射

CSTCryogenic Space Telescope 10 K 0.05

冷却宇宙望遠鏡での熱輻射

CBRCosmic Background Radiation 2.73 K 1.0 宇宙背景放射