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銀河の形成

宇宙,宇宙論,銀河の形成 2003/3

参考文献

  1. NATIONAL GEOGRAPHIC 2003 2
    CfA Press Release
  2. ZEILIK ASTRONOMY Cambridge University press
  3. ニュートン

宇宙のページ

質問をどうぞ

我々が住んでいる銀河

*< 全体 >*

直径:12万光年　星の数:1000億個

*< 構造 >*

  1. 中心にNucleus(core)
  2. その周りにNuclear bulge
  3. 銀河の面をDisk
  4. 銀河全体に広がるHalo

bulge:

  • 中心部を囲む
  • 直径:12000光年=銀河の1/10　厚さ10000光年
  • PopulationⅠの古い方の星

Disk:

  • 厚さは1000光年しかない。
  • 渦巻き模様になっている。模様のひとつひとつをarmと言う。
  • PopulationⅠ(新しい星)+open clusters+星間ガス+チリ

腕:

  • 新しい星+星間ガス+チリ

ハロー:

  • PopulationⅡ(130億年前にできた星)+globular clusters
  • 直径:30万光年 -> 銀河の本体の直径の2倍以上
  • globular clustersは、銀河の中心をひとつの焦点とする、かなりゆがんだ楕円軌道を描いている。しかも、diskがある面上ではない。

*< 太陽系 >*

中心から2万8000光年　銀河の中心部を中心にして、diskのある面上を、円運動している

公転速度:220km/s　公転周期:2億8000年　太陽より内側にある質量:1000億/太陽

*< 回転の速さ >*

普通、複数の物体が、ある物を中心に回転する場合、内側にある物ほど、その回転スピードは速い。太陽系で言えば、

惑星

水星

金星

地球

火星

木星-冥王星

公転スピード

47km/s

35km/s

30km/s

24km/s

13-5km/s

遠いほど遅い。ところが、銀河系の場合、中心に近い所から、銀河の腕の端まで、約200km/sの一定の速さである。これは、質量の分布が、銀河全体に広がっていることを意味する。

太陽より内側にある質量:1000億倍/太陽
銀河系全体の質量: 3400億倍/太陽-10000億倍(1兆倍)/太陽

星の種族

*< PopulationⅠ >*

  • open clustersを構成する。
  • 水素やヘリウム以外の重い元素が、質量で、1%-2%を占める。
  • 青白い明るい星を含むが、他の黄色い星や赤い星もある。

*< PopulationⅡ >*

  • globular clustersを構成する。
  • 赤色巨星が多い。
  • 水素やヘリウム以外の重い元素が、質量で、0.01%-0.02%である。ほとんどない。宇宙の初期にできたことを意味する。

星団

2種類の星団がある。 open clusters と globular clusters だ。

2種類の星団

星団名

open clusters
散開星団 

globular clusters
球状星団 

 

galactic clustersとも言う

 

年齢

新しい-古い
数千万年-100億年

すべて古い
130億年

星

青白い星が目立つ

赤色巨星が多い

質量(太陽に対して)

100-1000

10000-100000　重い

直径(光年)

6-50

60-300　大きい

最も明るい星の色

赤-青白

赤

1立方光年あたりの星の数

0.1-10

1-100　密度が高い

星団の例

プレアデス星団

ヘラクレス星団(M13)

総数

20000

 

銀河の腕の進化

腕は、そのままの形の物質が回転しているわけではない。腕の形の波があって、それが物質の濃い所と薄いところを作る。物質は、その波を追い越して、公転している。波はどういうメカニズムでできるのか、何十億年続く波のエネルギ源もわかっていない。

銀河の中心部

  • PopulationⅠの古い星が、高密度に集まっている
  • 中心部の出すエネルギーは、太陽の10億倍
  • 中心部で最も明るい部分を、Sagittarius Aと言う。

*< Sagittarius A >*

  • 2つの電波源、東側と西側がある。西側が、銀河系の中心であり、Sagittarius A*と呼ばれている。
  • Sagittarius A*
    直径:光で2時間、太陽と地球の距離の13倍 <=> 土星より少し遠いぐらい
    太陽の数百万倍の質量が、秒速数百kmで回転している。
  • Sagittarius A*から伸びる、渦巻き構造がある。
  • 巨大ブラックホールがあるのだろう。

銀河のハロー

  • dark matterがある。
  • 銀河の腕の構造を保つ役割をしているらしい。

銀河の歴史

時間

できごと

0

スーパーストリング

10^(-43)秒

重力が分岐

10^(-36)秒 

インフレーション

 

強い力が分岐

 

ビッグバン -> 急激な膨張。クォークやレプトンができる。

10^(-10)秒

弱い力と電磁力が分岐。4つの力がそろった。

10^(-5)秒

クォークが集まり、陽子と中性子が生まれた。

1-100秒

ニュートリノが電子と衝突しなくなる。
電子と陽電子が衝突し、大量の光を生む。
重水素やヘリウムができる。

 38万年

晴れ上がり…宇宙が3000度Kまで冷え、陽子と電子が結合し、光がその間を進むようになった。その時の光がさらに3度Kまで冷えたのが宇宙背景輻射である。星などの天体はなく、主に中性水素のガスに満ちていた。

このあと星ができるまでの時代を「暗黒時代」と言う。

2億年

最初の星(質量が、太陽の１00倍、我々の銀河の100万分の1)ができた。重たく明るい星であり、紫外線を出し、水素やヘリウムの中性ガスを電離させる(核と電子が分かれる)。重い星は進化が早く、超新星爆発やブラックホールになる星がある。数百万年で超新星爆発を起こし、水素・ヘリウム以外の重い元素も宇宙空間にばらまく。

 

我々の銀河の1/100程度の銀河ができた。銀河には星があって、それが光っている。

quasar…中心に太陽の10億倍の質量のブラックホールがあり、そこに落ち込むガスのエネルギーで光っている。星はない。

銀河とクエーサーとの関係は、わかっていない。

7.5億年

最も遠い銀河が見つかった。直径2000光年。赤方偏位6.6-7.1。2004/02/16 NASA
まだ小さい銀河。

9億年

クエーサーからの光の紫外線が吸収されていた。

10億年

宇宙背景輻射の温度は19度K

12億年

我々の銀河と同程度の大きさの銀河、さらに、銀河団やボイドがあった。ダークマターが、そのような大規模構造を作った。

宇宙の構成要素

普通の物質

4%

ダークマター

23%

ダークエネルギー

73%

銀河の中心に、巨大ブラックホールがある。ブラックホールとが銀河はどちらが先にできたのだろう。

30億年

銀河の形成のピーク

71億年

加速膨張が始まる

現在
137億年

1000億個の銀河。そのうち2/3が渦巻き銀河。

我々の銀河とアンドロメダ銀河の歴史

  1. 103億年前、我々の銀河とアンドメダ銀河が接近し、その周囲に小さな銀河を生み出す。
  2. 90億年前、2つの大きな銀河は、離れていく。
  3. 50億年前、再び、2つの大きな銀河が接近し出す。
  4. 現在、我々の銀河とアンドメダ銀河は、230万年光年である。我々の銀河の直径は、10万光年、アンドロメダ銀河は20万光年なので、そんなに遠く離れているわけではない。
  5. 我々の銀河にくっつくように、大マゼラン星雲(直径:2万光年　距離:16万光年)と小マゼラン星雲(直径:1.5万光年　距離:20万光年)があり、そのほかに小さな銀河がすぐ近くに複数ある。
  6. アンドメダ銀河の周りにも、小さな銀河が複数ある。