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Michael: Classic音楽,Lute,宇宙

クラシック音楽とリュート、宇宙・科学 etc

宇宙は加速膨張していない?  

天文や物理学の世界では多くの学者が支持している定説を疑う観点から研究する人がいて、かつてコペルニクスがそうだったようにそういう人も必要で、切磋琢磨の末、真実に行き着く、
20世紀終りには、遠くの銀河で起きたIa型超新星の観測により、宇宙の膨張は加速している、という結果を得た、
HUDF_20170413110157a00_20200311111032eea.jpg
この膨張を説明するには、重力に反して宇宙の膨張を説明する何かのエネルギーが必要で、仮想的にダークエネルギーというものが考え出されたが、存在が確認されたわけではない、
barion_20200311111028e30.jpg
"バリオン"だけが、直接確認できている
ここでIa型超新星による観測について着目する、
Ia型超新星は白色矮星が連星を成すもう1つの恒星からガスを奪い、ある"一定の質量(太陽の1.38倍)に達したとき"爆発を起こすもので、実際の明るさは全て同じくらいだとされている、
eso1028a_20200311111031e21.jpg
esa想像図:大きな星ほど寿命が短かいので、かつては白色矮星のほうが大きな星だった
よって観測上の明るさから所属銀河の距離を割り出すことができ、さらに赤方偏移により、遠ざかる速度が割り出せる、こうした観測により、宇宙は過去より近来のほうが膨張速度が速くなっている、という結果が出た。
赤方偏移について
しかし研究者の中には、Ia型超新星は所属していた銀河の大きさや年齢で、明るさが変わる可能性があると指摘する声がある(具体的にどんな理由なのかは不明)、仮にそうなると、Ia型超新星はあてにできないことになり、加速膨張して見えるのは錯覚かもしれない?
また、ダークエネルギーなしで宇宙の膨張を説明できるという研究者もいる、
関連過去記事:
ダークエネルギーは存在するのか?
宇宙は本当に加速膨張しているのか?
Ia型超新星の爆発メカニズム

天動説の「地球が中心にある」と仮定した計算法で天体の動きを説明できたことから、長く定説であったように「ダークエネルギーがある」というのも、同様の定説にすぎないのか・・?
人間がわかっている宇宙はほんの一部で、昔と大してかわっていないかもしれない^^;
cover_20200311112630c2b.jpg
宇宙大規模構造

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暗いベテルギウス:VLT撮像  

何かと話題になる、オリオン座のα星ベテルギウスだが、このところ異例なほど暗くなっていると、昨年末も記事にした、"宇宙時間的"に死を迎えるのは近々だろうと囁かれる中、面白いタイミングの出来事である^^ 
過去記事:暗くなったベテルギウス
20191230.jpg
ベテルギウスは640光年離れているが、超巨星であるため、HSTやVLTなど分解能に優れた望遠鏡で実像を捉えることができる、ヨーロッパ南天天文台(ESO)のVLT望遠鏡が2019年1月と同年12月に捉えた比較画像を公開した、1年未満の間に大幅に暗くなっている原因らしき様子が見られる、画像の下半分が異常に暗くみえる、
20217_comparison.jpg
2019年1月(左)と12月(右)にSPHEREで撮影されたベテルギウスの比較、暗くなり、見かけの形も変わっている(資料:ESO/M. Montargès et al.)
元々ベテルギウスには巨大な「対流セル」があり、深層から重力の弱い外縁部にまで対流して盛り上がるため、きれいな球形ではなく、過去の観測でも歪な姿を見せている、
bet_20200225093746003.jpg
ベテルギウス
sun_20200225093748c86.jpg
太陽
ベルギー・ルーヴェン・カトリック大学のMiguel Montargès氏によれば、「今回の減光はベテルギウスの活動に何か例外的な乱れが生じたために暗く見えている」との見方と、「ベテルギウス表面から地球方向に大量の塵が放出され、光を遮っている」など仮説が出ている、
もし後者が原因だとすると、減光は長期間になるのかも?

いずれにせよ、晩年の非常に不安定な赤色超巨星であり興味をそそる、変動の範囲内なのだろうが、危うくなった可能性もゼロとは言い切れない;
ブラックホールを直接見られたのは人間の努力、しかし近場の超新星爆発は待つほかない、
もし見られたら、我が生涯に一片の悔いなし、なのだが^^;

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地球外生命の存在確率  

「現に地球があるのだから」という根拠で、宇宙には銀河系だけでも生命の居る惑星が多数存在し、人類レベルの知的生命も居るだろう、と推測がされてきたが、科学的、客観的見地からは曖昧な憶測に過ぎない、 
20063_earth.jpg
有名なSETI(地球外知的生命体探査)のドレイク方程式、
001_20200213094608fa7.jpg(→Wikipedia
これも希望的観測の掛け合わせに過ぎない。
NASAが探査しているハビタブル圏の系外惑星も、『もし生命が発生していたら』 生存可能かもしれない、に留まる。何かにつけ、地球に似た環境があれば、当然のように生命がいるような発想がされがちだが、一番難しいのは生命発生のプロセスである、
我々の知っている生命は地球にあるタイプが唯一だが、同タイプの生命がどの程度、知っている範囲の宇宙に存在するか、その可能性が宇宙論と生命科学を根拠に初めて検討された(2020年2月7日、東京大学大学院理学系研究科
DNA RNA
DNAやRNAの基本ブロックとなるヌクレオチド(核酸塩基)4種が長く繫がり、情報保存や複製を作れる機能をもち、生命の材料となるまでが、ランダムな結合の結果、『偶然出来上がる確率』を計算したところ、可能性が生じるには、10の40乗個~10の180乗個の星が宇宙にある必要があり、我々の観測可能な宇宙、半径138億光年以内にある銀河全ての星(10の22乗個)を合わせても足りないという結果が出た、もちろん宇宙はその外にも拡がっていると考えられ、インフレーション宇宙モデルが正しければ、宇宙の大きさは少なくとも10の78乗倍以上に広がっているので、可能性は十分あり得ることになる。

PS.我々の観測可能な宇宙は光が出発したときの距離で、光路距離138億光年となるが、宇宙は膨張しているので現時点では共動距離470億光年まで遠ざかっている、生命存在の可能性を得るにはもっと遙かに外までの範囲が必要になる。
004_20200213211411ee7.jpg
138 470
観測可能な宇宙の範囲
生命組織はまるで神様が巧妙に設計したかのように見えるが;生命科学の観点からもっと効率のよいRNA生成プロセスが見いだされればこの結果も大きく変わる。
以上はごく原始的な初期生命の発生の事だが、前述のドレイクの方程式のNにあたる知的生命が仮にいたとしても、交信可能な近くにいる可能性は極めて低いとみられる。

いつも知りたいと思っていることを集約すると、
・生命の発生プロセス ・宇宙は無限か ・空間の正体 ・宇宙は何故あるのか 
などだが、わかる日は来るのだろうか;

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TESS:ハビタブル圏惑星発見  

2018年から稼働中の系外惑星探査衛星:TESSが新たにハビタブル圏にある、地球に近いサイズの惑星を発見した、 
nasa tess
系外惑星探査衛星:TESS
(*TESSについては過去記事を書いた:ドップラー法,トランジット法

今回はかじき座、約100光年にあるM型矮星:TOI 700の周りに3つの惑星が見つかった、一番外側を廻る惑星:TOI 700d がハビタブル圏にあり、地球の1.2倍ほどの大きさらしく、37日で公転している、
PIA23407_hires_20200111114841b89.jpg
因みに一番内側のTOI 700bは地球と同じサイズの岩石惑星で10日で公転、二番目TOI 700cは地球の2.6倍のガス惑星とみられ、16日で公転。
主星は表面温度3500Kという省エネの恒星で、ハビタブル圏は太陽系の水星軌道より小さい、例のごとく、この距離を廻る惑星は主星に潮汐ロックされていて、常に同じ面を主星に向けていると思われる、これは地球と月の関係のように自転軸を安定させる利点はある、
NASAが発表したTOI 700dの想像図はこれだが、
TOI 700 d
TOI 700 d
このようなアイボールアースの姿かもしれない、
TRAPPIST-1f.jpg
TRAPPIST-1f
今回の特筆は主星:TOI 700の観測を11か月続けた間、フレア(表面爆発)現象が起きていないとの事で、この状態で安定した恒星であれば、生命にとって大きな問題を一つクリアしているかもしれない、
Flare_20200111130551b42.jpg
*フレアが激しいと、大気も水も剥ぎ取られてしまう
観測データを元にいくつかTOI 700dの環境モデルが作られており、水に覆われCO2の大気を持つ想定も含まれるそうだ、
いずれ、J.W宇宙望遠鏡などで詳細に調べられる対象となるだろう。
NASAの動画参照
TESS you
you tube:TESS Mission's First Earth-size World in Star's Habitable-zone

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重力レンズの実験  

A.アインシュタインが重力を扱う、一般相対性理論で予言した現象は当初、観測は困難とされてきたが、人間の「見たい、知りたい」執念は凄いもので、大施設によって「重力波」を検出、また地球サイズの電波望遠鏡ネットワークで「ブラックホール」の実写まで実現した、 
BH NASA
NASAが新たに作成したBHのシミュレーション画像
また強い重力によって光の進路が曲げられるという重力レンズ現象も当初は観測は望めないとされてきたが、今はHSTほか解像度の高い望遠鏡の登場で、幾つも見られるようになった、
大規模なものでは銀河団全体が、目に見える銀河とそれらを纏めているダークマターによって、大きな重力源となっている、
Abell1689_HST.jpg
銀河団Abell 1689(HST撮像)、所々に弧状に歪んだ遠方の銀河が見られる、
また個々の大質量銀河もハロ領域にあるダークマターを含めて見かけより強い重力源となって、後方ににある別の銀河の像を歪める、
Dark matter

TVでもやっていたが、重力レンズは我々が普通に使う①の凸レンズとは違い、重力の中心部ほど屈折率の高い、②のような特殊なレンズのようになる、
lens.jpg
ワイングラスの底部がよく似た形をしている、手頃なグラスがあったのでやってみた、紙に書いた黒い点を後方にある銀河とする、レンズの位置でいろいろ変わる、
000_20200110110052aa3.jpg

後方の銀河を円弧状に引き延ばしている例、
001b_20200110110053259.jpg
alma_960.jpg20200110.jpg
左:SDP.81 右:SDSS J0146 0929

後方の天体を複数に分けて見せている例、
002b_20200110110054008.jpg
005_20200110110056946.jpgMACS J1149 6_2223
左は後方の明るい銀河(クエーサー)を4つに見せている、
右は後方の銀河で起きた超新星爆発の光を4つに見せている、

広大な宇宙の現象を台所の食器で再現できる^^

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絶対熱 (温度の上限)  

物質は高温になるほど分子の動きが活発になる、冷凍庫の氷も固まっているようでじつは分子は動いている、あらゆる物質の原子がまったく動かなくなった状態が熱量:ゼロで、これが宇宙の最低温、絶対零度であり、0 K=(摂氏-273.15 ℃)である、
*この絶対零度は理論上の値で、実際に物質の原子が完全に静止することはないという。
big Bang
宇宙空間は絶対零度ではなく、約-270℃と観測されている、ビッグバンの名残、宇宙マイクロ波背景放射の電磁波が放射熱となって満たしているからである、全般にこれが今の宇宙の最低温度となるが、局所的にもっと低い場所がある、
ケンタウルス座5000光年にある、原始惑星状星雲のブーメラン星雲は星雲の中心から両極に164km/sのガスを吹き出していて、膨張する際に熱を奪い、周囲の宇宙空間を下回る低温
(-272℃)にしている、ここだけ冷房が効いている^^
Boomerang_nebula_20200107091228448.jpg
ブーメラン星雲
スプレー缶から噴射を続けると、缶が冷たくなってくるが、圧縮ガスが放出されると熱を奪っていくのと同じ原理かと思われる。
blower_20200107090508bf4.jpg
関連過去記事:
絶対零度より低い温度
クマムシ (宇宙空間でも死なない)

さて、低温には下限値があるが、高温のほうはどうなのか、いつも気に掛かっていた;
単純にエネルギーを高めれば無限に温度は高くなれる・・と思っていたが、この宇宙にとっての上限値があるらしく、絶対熱(プランク熱)と呼ばれる、
zettainetu.jpg
まず、E=m*cの2乗を頭に置いて・・
超新星爆発、中性子星合体、ガンマ線バーストなど超とてつもない高温現象も知られているが、これらよりはるかに桁違いに高い、絶対熱の温度は1.4168082×10の32乗 Kと導かれている、ビッグバンから1プランク時間経ったときの宇宙温度で、宇宙の始まりにあった全エネルギーの値である、(1プランク時間は時間の最小単位で、5.39116×10の-44乗 秒)
dark-matter-big-bang_20200107091647444.jpg
よって仮に宇宙の全ての物質やエネルギーを一点に集めたとしても、絶対熱を超えることはあり得ないという・・宇宙が膨張を止め収縮に転じ、ビッグクランチが起きない限り、この温度には達し得ないのかもしれない。

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暗くなったベテルギウス  

冬の星座オリオンの「右肩」になる赤い一等星ベテルギウス(距離640光年)、オリオンがこちらを向いているので見えるのは左上、 
orion 02
これが変光星であることはウィリアム・ハーシェルの息子、ジョン・ハーシェルが発見した。
観測技術が進み、ベテルギウスは太陽以外で史上初にその姿が撮像された恒星で、きれいな球形ではなく、瘤をもった不安定な形らしい、気体状で内部から大きな対流が起きている、
Betelgeuse_ALMA_20191230115156879.jpg
ベテルギウス:左はアルマ望遠鏡撮像
ベテルギウスは大きく捉えれば周期2110日(6年弱)で変光する脈動変光星であるが、不規則な光度変化も見せることから半規則型変光星(SRC型)に分類される、
ベテルギウスは星座内で最も明るいα星の位置づけだが、変光範囲の極大期のみ明るく、平均的に最も明るいのは右下のリゲル(β星)である、ベテルギウスの変光の範囲は0.0等~1.3等と観測されてきたが、2019年12月現在、過去50年間の観測記録から異例なほど減光しているそうだ、もっと過去の記録があれば珍しくないのかもしれないが?
Betelgeuse-Luminous intensity change
1969年から現在までの光度変化
2009年頃から明るい傾向が続き、今年12月、急激に暗くなって変動幅も大きい、米、ビラノバ大学の報告によると、2019年の10月時点に比べ、12月には明るさが半分になっているとのこと、これは等級の"光度"の測定値で、肉眼で明るさが半分になったと感じるほどの違いではないが、この写真で明るさの違いがわかりやすい、
Orion 2017 2019
資料:久万高原天体観測館
赤い色がやや黄色くなった感じ、収縮すれば温度が上がって、青方向へと変わるのかも、
意識していなかったが、過去にはベテルギウスは右下のリゲルより明るい時もあった気がする、過去の写真を引用すると随分明るいときがある、
bete 3

このyou tubeのタイトルはあくまで可能性の1つであり誇張気味だが、赤色超巨星の最後について丁寧に説明されている、
Betelgeuse you
you tebe:超新星爆発も間近!?ベテルギウスが最近著しく減光してます!

このままさらに減光が進み、明るくなってこないなら「いよいよ」かもしれないが^^
もしそうなら何らかの前兆も観測されるだろう、恒星内部の核融合でケイ素が作られだすと、人間時間で近々、鉄が作られだすと一気で、超新星爆発の直前にはスーパーカミオカンデなどがニュートリノを捕え、報道されるはずだ。
nhk_20191230113833c0b.jpg
you tube:ベテルギウスの最期(nhk)
冬の晴れた夜、いつも見られる、オリオンの赤い星の明るさを今一度実感してみよう、

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恒星間天体:ボリソフ彗星  

今年8月に発見されたボリソフ彗星は2017年に接近したオウムアウアに続く、観測史上2例目の「恒星間天体」であり、「よそから来た彗星」としては初めてとなる。 
その軌道は下図が示すとおり、太陽系外からの一度切りの接近で、その後は遠ざかっていく、
borisov.jpg
黄色がボリソフ彗星、赤がオウムアムア
12月8日に太陽に最も近づき、2.0au(地球と太陽の距離の約2倍)の位置を通過していった、最接近時の速度は秒速約44kmで、東京-大阪間を9秒で通過する、6600万年前、ユカタン半島に落ちた小惑星の2倍を超える速度と見られる、かつてボリソフ彗星が帰属していた惑星系と太陽系の相対速度も関係してくるだろう。
国際天文学連合は公式にボリソフ彗星を恒星間天体と認め、「2I/Borisov」と命名した、
heic1922a.jpg
11月6日、HST撮影、遠方の銀河:2MASX J10500165-0152029が一緒に映り込んでいる、
heic1922b.jpg
12月9日、HST撮影、最接近直後
観測の結果、核の大きさは直径1km未満と推定され、太陽系由来の彗星とよく似ていることもわかった。太陽系には彗星の巣であるカイパーベルトやオールトの雲があり、系外の惑星系にも同様の構造があり、重力の作用で系外にはじき出される小天体は多いと考えられる、

ちなみに1996年に地球に最接近した百武彗星など、かつては恒星間天体で、太陽系に捕獲されて周回するようになった、という仮説もある、化学組成も標準的な彗星と異なるそうだ、
02hyakutake.jpg
百武彗星、彗星の動きを追いながら露光するので背景の星はブレる、
また太陽系を囲むオールトの雲(現在のところ仮説上の天体)にある小天体は初期の9割以上が太陽系外に散逸していったシミュレーション結果もあるそうだ。
これまで発見された恒星間天体は現在の観測網技術で捕えられる大きさだったわけだが、気付いていない恒星間天体は数多いと考えるのが自然である、太陽系由来の危険天体に加え、全天あらゆる方角から突然やってくる天体にも警戒が必要か;

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バーチャル飛行:オリオン大星雲(New)  

NASAが作った新しい動画だそうで、オリオン大星雲の立体データを元にした、遊覧飛行である、画面の任意のところでクリックしてずらすと、全方向角度を変えて見られる、"スペースビュー"になっている、若く明るい星、星が生まれたばかりの所・・いろいろ見られる、
M42 you
you tube:Flight Through the Orion Nebula in Visible and Infrared Light - 360 Video

さて、オリオン大星雲まで1300光年ほど距離があるが、仮にそこに行った話として、実際このように動く景色は見られない、あくまでバーチャルで、この動画の動きは光速を遙かに超えている、先日、「星と星の間」でも書いたように、星間や星雲の拡がりなど途方もない距離で、オリオン大星雲は差し渡し20光年を超えるらしい、
2 Orion_Nebula_-_Hubble_2006
仮に光速の7%くらいで飛べる宇宙船があったとして、端から端まで飛行するのに、大方250~300年かかるだろう、("理論上"今の技術でこの程度まで加速は可能という、原子爆弾の爆風を何発も受けるとか;)

*もし、光速に近いような速度で飛行できたら、宇宙船から見る景色はどうなるか?
あらゆる方向からくる全ての光は進行方向の一点に寄っていき、宇宙船のフロント窓に、極度に波長の短い眩い光が見え(肉眼では見えないか;)、あとは真っ暗、
Near light speed
これだけの景色になるらしい;

冬の夜空を彩るオリオン座、左上のベテルギウスは寿命の殆どを終えているらしい、
alma_20191208095229963.jpg
アルマ望遠鏡が捉えたベテルギウスの表面
我々の存命中?か、千年以上先かわからないが、超新星爆発する見込み、その直前にはニュートリノの放射が観測され、わかるはず、ほか小爆発など兆候があるかもしれない。
img_0b_20191208092402052.jpg
興味尽きない星座に想いを寄せて眺めてみるのも一興かと^^
Orion_constellation_map.jpg
オリオン大星雲の位置、条件が良ければ、双眼鏡でもよく見える、

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星と星の間  

HSTが捉えた星団の写真でとくに見事なのが大マゼラン雲のタランチュラ星雲の中にある「R136a」だろうか、大マゼラン雲は星の材料が豊富で、大集団で星が生まれる、画面に青く明るく見えている星々は大質量星で、最も明るい「R136a-1」という最大級の巨星もある。 
Star_R136a03.jpg
R136a拡大
星団の周りの星雲は星団からの光圧で吹き払われ、空洞になっている、写っていないような小さな星は桁違いに沢山あるだろう、
こういう星の写真は露光時間をかけるので、明るい星ほど光が回折して大きく写り、接触しそうなほど密集して見えるが、実際の星の大きさをこの画面内に表わしたとしたら、顕微鏡でも見えない小さな点になるだろう、
太陽近辺のような星のまばらな所では直径5光年球内に2つ3つ星があるくらい、仮に太陽と隣の恒星アルファ・ケンタウリが10円玉の大きさだとすると、距離関係は東京と岡山に置いた10円玉に相当する;
10yen.jpg
R136aのような星団なら遙かに密集しているが、それでもまず衝突など起こらないほど星同士の距離は空いている、

銀河系内にあるオリオン大星雲もタランチュラ星雲には及ばないが星が数多く生まれているところ、中央で星雲全体を照らしている、トラペジウムという巨星の集まりがあるが、
opo0019b.jpg
よく見るCG画像でも見やすいように星の大きさを極端に強調している、これも実際の尺度で描いたら見えない点になってしまうからだ、
Orion Nebula
you tube:コズミックフロント「オリオン大星雲へ ハッブルが見た星のゆりかご」
こういう画像では星と星はすぐ近くで賑やかそうな錯覚を受けるが、連星でない限り、実際はお互いにものすごく離れ、寂しいのである^^;
銀河全体を見ると数千億個の星の集団で賑やかに見えるが、
M81_20191205103837414.jpg
やはり、個々の星の間は恐ろしく離れている; 「近くだな」と実感してよいのは"大きさ"が見える月や惑星くらいかな;近年ようやく、HSTやアルマ望遠鏡でアンタレスやベテルギウス等、巨星の大きさを実視できるようになった。

PS.最も近いアルファ・ケンタウリの距離を年周視差(三角測量)で測るとする、三角形の底辺は地球の公転直径(2億9920万km:光で約17分)を利用して半年後に角度の差を測り、距離を割り出すと4.3光年になる、(1光年=9兆4607億km)
Annual parallax
これを地上の東京と富士山(約100km)の距離測定に縮小してみると、
201706241329407b9_20191205103834b38.jpg
三角形の底辺は73.5cmしかない、角度差は両辺の傾き合わせて0.0004216°である;
この極めて難しい恒星の距離測定に初めて成功したのがドイツの天文学者フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセルだった、はくちょう座61番星(11.4光年)を測定し、かなり正確な距離を出したのが1838年である。

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