X線望遠鏡による天体観測 - Dai Takeidaitakei.com/common/files/presentation_rikkyo_20110216a.pdf · 3/38. 自己紹介. 1996年 立教小学校卒業. 1999年...

http://photojournal.jpl.nasa.gov/archive/PIA09221.mov

X線望遠鏡による天体観測

武井 大 （立教大学大学院）

立教新座中学･高等学校, 2011.02.16

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林 壮一 様, 古田 豊 様, 綾部 俊二 様,渡部 智博 様, 島野

誠大 様,

立教新座中学･高等学校の皆様

本講演の機会をいただきありがとうございます

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自己紹介

1996年

立教小学校 卒業

1999年

立教中学校（池袋） 卒業

2002年

立教高等学校（新座） 卒業

2006年

立教大学（物理学科） 卒業

2008年

立教大学院修士課程 卒業

2011年

立教大学院博士課程 卒業 （見込み）

2011年

今春より職業研究者として海外へ （見込み）

人生の約8割を立教学院と共に歩んできた...通算21年目にして、ひとまず完全制覇（見込み）！

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武井

立教大学 理学部 物理学科

宇宙の中でも高エネルギー天体物理学を専攻

宇宙地球系物理学研究室

理論物理学研究室

原子核放射線物理学研究室

物理

島野

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天文学･天体物理学

光の波長によっては昼でも地上観測できる！昼夜が関係しない観測方法（衛星など）もある！

http://news.nationalgeographic.com/news/2009/08/photogalleries/galileos-telescope-pictures-anniversary/images/primary/090825-01-galileos-telescope_big.jpg

http://atmos.nmsu.edu/~nchanove/images/chandra_trw.jpg

いつも望遠鏡をのぞいているイメージ...？

http://chocoku.concours-referencement.net/images/penseur.jpg, http://blog-imgs-38-origin.fc2.com/y/u/c/yucomac/101209_1.jpg

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光といろいろな波長

http://astro-h.isas.jaxa.jp/challenge/images/pct_x-ray01.jpg

光は波長によって性質がまったく違ってくる！

電子レンジ

ラジオ こたつ

日焼け

レントゲン

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レントゲンによるX線の発見

1986年1月23日撮影 Wilhelm Conrad Rontgen

:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e4/Roentgen-x-ray-von-kollikers-hand.jpg/400px-Roentgen-x-ray-von-kollikers-hand.jpghttp://www.mhi.co.jp/atom/img/roentgen.jpg

1901年 第1回ノーベル物理学賞を受賞！

ワイフの指輪

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日本人によるX線の発見

レントゲンによるX線発見のわずか10ヵ月後なんと日本人もX線撮影に成功していた！

島津源蔵 = 島津製作所の初代社長がX線撮影に成功

http://www.enecho.meti.go.jp/e-ene/info/housyasen/2002/03/img/4_02.jpghttp://www.enecho.meti.go.jp/e-ene/info/housyasen/2002/03/img/4_01.jpg

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最近のビッグニュース (2008年)

http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn15016/dn15016-1_250.jpghttp://www.blogcdn.com/www.engadget.com/media/2008/10/xray_tape_36.jpg

セロハンテープによるX線発生装置 X線写真

Camara, Carlos G., et al., 2008, Nature, 455, 7216, 1089-1902

世の中には知らない事がまだ沢山ある！

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魚をX線写真で見ると...

http://www.hachijo-vc.com/creature/photo/uchiwazame.jpghttp://www.kaikyokan.com/fish/tanken/no77/image1.jpg

（a）

ウチワザメのX線写真（レントゲン）（b）

ウチワザメの可視光写真

（a） （b）

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人体をX線写真で見ると...

http://imagecache2.allposters.com/images/pic/ATA/24821BP~The-Simpsons-Homer-It-s-Been-My-Lifelong-Dream-Posters.jpg

（a）

ホーマーさんのX線写真（レントゲン）（b）

ホーマーさんの可視光写真

（a） （b）

可視光とは違う世界が見える！

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星のX線写真を撮ると...

http://chandra.harvard.edu/photo/2006/m31/m31_xray_opt_pullout.jpg

アンドロメダ銀河（Ｍ31）

（b）

可視光

（a）

X線

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光を出す物体の温度

炭火焼き : 700度くらい ガス : 1700度くらい1000万度以上

？

http://www.gs-home.jp/blog/photo/2007_11_19_4.jpghttp://kitchen.noblog.net/image/10032189.jpg

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宇宙の中で最も身近な星 : 太陽

太陽の温度 ～ 約6000度

1960年代の一般的な科学者の考え

X線を出す天体 ＝ 数千万度以上

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/1999/25/images/a/formats/web.jpg

X線を出す天体など存在するはずがない！

15/38 http://www.sci.nagoya-u.ac.jp/kouhou/11/5-1.jpg

電磁波と大気の吸収

そもそも星からのX線は地上で観測不可能

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Bruno Benedetto Rossi

http://heasarc.gsfc.nasa.gov/Images/objects/heapow/compact_objects/sco_x1_discovery.jpghttp://heasarc.nasa.gov/docs/xte/learning_center/gifs/rossi.gif

1962年にロケット打ち上げ星からはじめてX線を検出

その後、数多くのX線天文衛星が登場した！

17/38 http://www.isas.jaxa.jp/tv_isas/movie/suzaku/launch.wmv

日本のすざく衛星 (2005年)

21/38 ROSAT ALL-Sky X-ray Background Survey (0.73-1.56 keV)http://skyview.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/query.pl

X線で見た宇宙

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色々な天体がX線を放射する-

ブラックホール

-

中性子星

-

白色矮星

-

超新星爆発の残骸

-

太陽や恒星

-

などなど...

NASA/CXC/SAO

強い重力や磁場、大爆発などでX線が発生する地球上にはない極限状態の物理を調査出来る！

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ところで...

今となっては、X線で天体を観測しても誰も驚きません

現在は、普通にX線で天体観測が出来る様になった観測してさらに「新しいこと」を発見する事が重要！

すざく「それはもう、ぶるうの さんがやっておったぞ。

おきのどくですが、けんきゅう のネタはきえてしまいました。 ｝

すざく「それはもう、ぶるうの さんがやっておったぞ。

http://eda.plain.isas.jaxa.jp/suzaku_xoops/modules/newbb/download.php?url=/Bamba_Bamba_Aya.ppt.1149042392000

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•

レントゲンさんは人類初のX線撮影に成功-

1901年に第1回ノーベル物理学賞を受賞

-

ノーベル賞の賞金（約1億円）も獲得

-

X線写真の事を今でも「レントゲン写真」と呼ぶ

•

島津さんはその10ヶ月後にX線撮影に成功-

あまり知られていない事実

-

順番が違えばX線写真は「島津写真」だったかも

素晴らしい研究とは...

二人とも素晴らしい研究をしたのに、評価が全然違う一番最初に発見したら、世の中に知らせる事が必要！

人類初の素晴らしい発見をする＋

英語の論文を書いて出版する学会で誰もがわかる発表をする研究内容を仲間に認めてもらう

研究結果を次の世代にまで受け継ぐ

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ノーベル賞をとるには？

•

とにかく長生きする

-

ノーベル賞は生きていないと貰えない

•

さきほど定義した「素晴らしい研究」をする

-

過去と同じ分野から受賞者が出たことは無い

•

もしくは、平和賞に矛先を変える

-

世界平和の為に生きるのもまた重要

うちの研究室はブラックホールを見る為の装置開発現在は、NASAと立教がX線干渉望遠鏡を開発中！

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ブラックホールを見るには ...

問題1 : そもそもブラックホールとは何か？

問題2 : どうすれば見えるはずなのか？

問題3 : なぜ今まで出来なかったのか？

問題4 : 解決方法やアイデアはあるのか？

まず、どこまで分かっているのか把握する事が必要理科や物理の授業は、問題1に取り組むための基礎

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問題1 : ブラックホールとは何か？

物体 光

重力中

物体 光

重力弱

物体 光

重力強

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問題1 : ブラックホールとは何か？

重力が強すぎて光りさえも脱出できない天体= 小さくて重い（高密度）星

太陽質量なら3km程度、地球なら1cm程度の半径これよりも密度の高い天体がブラックホールとなる

2Sc

2GMR

シュバルツシルト半径

MG

c

: 万有引力定数

: 質量

: 光速度

28/38 http://blogimg.goo.ne.jp/user_image/0c/f3/ae435f35a9059a53db52b86223562e8b.jpg

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問題1 : ブラックホールとは何か？

http://www.robertdalsanto.com/images/cosmology-Black-Hole-At-Galactic-Center.gif

天の川銀河の中心に巨大ブラックホールがあるはず今のところ、一番近くにあるブラックホール候補天体！

天の川銀河の中心 （可視光）

太陽の約400万倍もの質量を持つブラックホールがあるはず

2r

MmF G

万有引力の法則 :

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問題2 : どうすれば見えるのか？

http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?media_id=27416141

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32/38 http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?media_id=27416141

ブラックホール(光では観測不可能)

降着円盤(X線)

問題2 : どうすれば見えるのか？

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問題2 : どうすれば見えるのか？

ブラックホールを直接見る事は（今のところ）出来ないブラックホールを「見る」とは周りの熱いガスを見る事とても視力のよいX線望遠鏡があれば可能かも...？

天体は遠いので見るのが難しい

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問題2 : どうすれば見えるのか？

最も近いブラックホールは約3万光年（～1022cm）「見る」には視力1000万程度のX線望遠鏡が必要望遠鏡の視力は、主に大きさと表面精度で決まる

つまり...

大きくて綺麗な望遠鏡があればよい

地球の大きさ程度の巨大な望遠鏡を作る

計画② : 新アイデア

衛星に搭載可能かつ綺麗な望遠鏡を作る

計画① : 手法の改良

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問題3 : なぜ出来なかったのか？

計画② : 新アイデア

技術的困難と問題点もっと綺麗な鏡は作れない

大きな鏡には莫大な金温度の影響で形が変化する

主な方法表面が綺麗な望遠鏡を作る

計画① : 手法の改良

現在活躍中のX線望遠鏡視力120程度が限界...

ブラックホールは点に見える

技術的困難と問題点うまくいくのか分からない

技術が確立していないそもそも実際どうするの？

主な方法地球サイズの望遠鏡を作る

現在活躍中のX線望遠鏡存在しない

（まだ誰もやった事がない）

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問題4 : 解決方法はあるのか？

計画② : 新アイデア計画① : 手法の改良

表面が動く鏡を作ればよい宇宙での温度変化にも対応

鏡を最適な形に変化させるAdaptive Optics 技術

複数の望遠鏡を利用して大きな鏡の真似をする技術

実験装置を購入、実験開始今春に天文学会で成果発表

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あらためて研究とは...

•

「勉強」とは質が全く異なる-

先人たちの結果を引き継いで、次のステップへ

•

重要なのは知力、体力、時の運-

総合力で勝負する所がポイント

•

研究なくして人類の発展なし-

車も携帯電話も全て「過去の研究」の成果

•

成功した時は最高の満足感が得られる-

新しいことを発見するのはもちろん楽しい！

人類の存亡をかけた熾烈な戦いがそこに！！

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事前質問への対応

•

研究について-

楽しさ、方法、夢、目標、きっかけ、生活、給料、研究費、儲かるのか？

•

大学生活について-

授業、研究室の内容、立教の特色、忙しさ、アルバイトは可能か？

•

小学校･中学･高校までの生活について-

成績、勉強時間、部活、担任、嫌いな先生、英語＆外国語は必要か？

•

理科･物理･宇宙について-

天文学、ブラックホール、中性子星、次元、地球外生命体、永久機関、

地球滅亡の可能性、ホワイトホール、など

•

私生活について-

趣味、思い出、好きな食べ物、テレビ、ゲーム、芸能人、リア充、結婚、

最寄り駅、貯金、SF映画、コサックダンス、あなごさん、スタ丼、など

•

研究について-

楽しさ、方法、夢、目標、きっかけ、生活、給料、研究費、儲かるのか？

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大学生活について-

授業、研究室の内容、立教の特色、忙しさ、アルバイトは可能か？

•

小学校･中学･高校までの生活について-

成績、勉強時間、部活、担任、嫌いな先生、英語＆外国語は必要か？

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理科･物理･宇宙について-

天文学、ブラックホール、中性子星、次元、地球外生命体、永久機関、

地球滅亡の可能性、ホワイトホール、など

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私生活について-

趣味、思い出、好きな食べ物、テレビ、ゲーム、芸能人、リア充、結婚、

最寄り駅、貯金、SF映画、コサックダンス、あなごさん、スタ丼、など