サイエンスジャーナル

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宇宙

5回目の重力波は「中性子星」の合体!世界中の天文台で観測「重金属の起源」を確認

 5回目の重力波の観測

 今年2017年のノーベル物理学賞を受賞したのは「重力波の発見」。重力波は、2015年9月、重力波の観測に世界で初めて成功すると、その3か月後には2回目、さらに2017年1月には3回目の観測に成功し、世界を驚かせた。また、2017年8月にも、ヨーロッパの観測施設「VIRGO(バーゴ)」とともに4回目の観測に成功したことがノーベル賞受賞の決め手となった。

 4回目の検出は8月14日。太陽質量の31倍と25倍のブラックホールが合体し、53倍の大きなブラックホールとなった。差し引き太陽質量3倍分のエネルギーが重力波として放出された。

 4回目の検出からわずか3日後、2017年8月17日に5回目の重力波が検出された。今度はブラックホールではなく、中性子星の合体であった。場所は楕円銀河「NGC4993」の外れにある超新星「GW170817」。それからしばらくの間、この重力波の発生源が、宇宙のなかで最も熱い注目を浴びるスポットとなった。


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太陽系の準惑星「ハウメア」に「環」、通説覆す発見!環のある天体は巨大惑星だけではなかった

 環のある天体とは何か?

 環のある天体というと土星である。土星の環は、太陽系で最も顕著な美しい惑星の環である。μm単位からm単位の無数の小さな粒子が集団になり、土星の周りを回っている。環の粒子はほぼ全て水の氷であり、塵やその他の物質が少量混入している。 環からの反射光によって土星の視等級が増すが、地球から裸眼で土星の環を見ることはできない。

 密度の濃いメインリングは、土星の赤道から7000kmから8万kmの距離に広がっている。最も薄いところで約10m、最も厚いところで約1kmと推定されている。99.9%が純粋な水の氷であり、不純物としてソリンやケイ素を含む。メインリングを構成する粒子の大きさは、主に直径1cmから10m程度である。土星の環が氷なのは、環の起源となる天体が接近通過できる距離が、惑星の密度によって異なることが原因だということがわかっている。

 土星の環はいつどうやって誕生したのだろうか?また、土星以外に環を持つ天体は存在するのだろうか?


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ブラックホールが「ガス流」で成長、ブラックホールが「光の力」で抑制される仕組みを解明!

 成長するブラックホール

 宇宙では謎の現象があちこちで起きている。その中でもブラックホールの存在は謎そのものだ。極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない。

 2012年11月、宇宙観測史上最大かもしれない超大質量ブラックホールを2億2000万光年離れた小さな銀河「NGC 1277」の中心部に発見したことを、米天文学者らが発表した。質量は太陽の170億倍で、銀河の7分の1を占めるという。

 なぜそんな巨大なブラックホールが存在するのであろうか?

 ブラックホールは周りの天体を飲み込み、時にはブラックホール同士が合体して巨大なブラックホールは形成されていく。


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植物の好む色は全宇宙でも同じ?赤外線に照らされた太陽でも、地球型の植物が存在する

植物は何色の光を吸収するか? 

 光合成において使うことができるのは主に可視光といわれる人間の目に見える光。光には可視光以外に赤外線、紫外線といったものがあるが、これらは、普通の光合成に使うことができない。基本的にどのような光を使えるかは、光合成色素がどのような光を吸収できるかによって決まる。陸上植物ではクロロフィルが可視光線を吸収しているのだが、バクテリオクロロフィルは赤外線を吸収するため、バクテリオクロロフィルを光合成色素として持つ光合成細菌では、赤外線を使って光合成を行なうことができる。

 光合成に使われる光はクロロフィルなどの光合成色素によって吸収される。だから、光合成色素が吸収できる光が光合成に使われることになる。クロロフィルの場合、主に青い光の領域(波長では400-500 nm)と赤い光の領域(波長では600-700 nm)の光を吸収する。そして、その間の緑色の光の領域(波長では500-600 nm)の光の吸収効率が悪いので、葉っぱは緑色に見える。

 ただ、緑色の光でも、吸収さえされれば光合成に使われる。吸収された光のうちどれだけが光合成に使われるかの効率で比較した場合には、可視光の中で一番効率が悪いのは緑色の光ではなく、青い光である。また、クロロフィル以外の光合成色素が吸収した光のエネルギーがクロロフィルに伝えられる場合は、その光エネルギーも光合成に使われ。例えば、紅藻などが持っているフィコビリンという光合成色素は、緑色の光を吸収しますが、その光はクロロフィルに伝えられて効率よく光合成に使われる。


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銀河は出会いと別れを繰り返す永遠の旅人?天の川銀河の物質の半分は別の銀河からやってきた

 激しく動く銀河、宇宙は決して孤独ではなかった

 私たちの太陽系が所属する銀河系は、直径 約10万光年、厚さ 約1000光年、恒星数 2000~4000億個の渦巻銀河か、棒渦巻銀河だと考えられている。銀河系の中心は地球から見ていて座の方向に約3万光年離れた所に位置しており、いて座Aという強い電波源がある。ここは超大質量ブラックホールが存在することが確実視されている。

 広い宇宙には銀河系のような銀河が無数に存在することが分かっている。銀河系の近くには、アンドロメダ銀河やさんかく座銀河 (M33)など、35個の銀河があり、局部銀河群を構成している。これらの銀河群がいくつか集まって、おとめ座超銀河団を形成している。

 銀河系の周りには数多くの矮小銀河が周回している。これらの矮小銀河の中で最も大きいものが直径約2万光年の大マゼラン雲である。これに対して最も小さいりゅうこつ座矮小銀河、りゅう座矮小銀河、しし座II矮小銀河は直径500光年しかない。


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北海道の大樹町で民間宇宙ロケット打ち上げへ!宇宙ビジネスが本格化、地域事業の活性化も期待

民間宇宙ロケット打ち上げへ

 いよいよ宇宙開発が民間でも行われる身近なものになってきた。北海道のベンチャー企業「インターステラテクノロジズ」が単独で開発・製造した国内初の民間宇宙ロケットが、7月30日午後4時半すぎ、北海道大樹町の発射場から打ち上げられた。

 しかし、ロケットの位置などを示すデータが得られなくなったためエンジンが緊急停止され、ロケットは、海上に落下したということで目標の宇宙空間には到達しなかった。残念。

 インターステラテクノロジズの創業者のひとりで実業家の堀江貴文さんは「目標は達成できなかったが、実際に空を飛んだことでたくさんデータが取れた。今後解析して開発に役立てていけば、次か、次の次の打ち上げでは宇宙に行けると思う」と話していた。


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8月の天文現象、8日部分月食・13日ペルセウス座流星群・22日米国皆既日食、日本は2035年

 8月の天文現象

 学校では夏休み。いつもよりゆっくりと過ごせる人も多いだろう。こんな時期には夜空を眺めてみたい。8月の天文現象を調べてみた。(国立天文台HPより)

7日、立秋(太陽黄経135度)暦の上では秋の始まりである。暑さはこれからだが、この日から残暑となる。

8日は、満月、部分月食が観察できる。夜半から明け方にかけて、全国で「部分月食」(最大食分0.25) が起こる。北海道東部では、部分月食の終了とほぼ同時に月没となる。日本で見られる月食は、2015年4月4日以来 2年ぶり。次回は半年後2018年1月31日の皆既月食。

11日は「山の日」

13日は毎年恒例、午前4時頃、ペルセウス座流星群が極大となる。(見頃は13日未明。1時間に35個程度。月が明るいため条件は悪い)


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銀河中心のブラックホールの大きさが、渦巻の広がりでわかる?強い関連性発見!

 銀河の渦と台風の渦

 美しい銀河。銀河(galaxy)は、恒星やコンパクト星、ガス状の星間物質や宇宙塵、そして正体が詳しく分かっていない暗黒物質(ダークマター)などが重力によって拘束された巨大な天体である。

 銀河には、1000万個程度の星で成り立つ矮小銀河から、100兆個もの星々を持つ巨大な銀河まである。これら星々は恒星系、星団などを作り、その間には星間物質や宇宙塵が集まる星間雲、宇宙線が満ちている。ほとんどの銀河では質量の約90%を暗黒物質が占める。

 観測結果によれば、すべてではなくともほとんどの銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在すると考えられている。これは、いくつかの銀河で見つかる活動銀河の根源的な動力と考えられ、銀河系もこの一例に当たると思われる。


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木星探査機「Juno」大赤斑を至近距離(9000km)から撮影、地球の1.3倍 荒れ狂う巨大な嵐

木星の大赤斑を至近距離から撮影、円形に近づく

 NASAの探査機ジュノーが大赤斑の上空9000キロを通過した。9000キロは東京からベルリンぐらいまでの距離である。

 NASAなどによると、木星の赤道付近にあって特徴ある模様の赤い大斑点は幅が約16,000キロもある。地球の幅の約1.3倍もあり、地球が中にすっぽり入ってしまう大きさだ。

 ジュノーは今回、大斑点の上空約9,000キロまで接近、同約14,000キロ地点などいくつかの地点で撮影した。大斑点の正体は、大気が渦巻いて複雑な形状を作っている木星の「嵐」と言われる。


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子持ち銀河のブラックホールは消化不良?それでも消滅しない超巨大ブラックホールの不思議

 超大質量ブラックホール

 銀河系(天の川銀河)を含むほとんどの銀河の中心には、超大質量ブラックホールが存在すると考えられている。超大質量ブラックホール(Supermassive black hole)は、太陽の10の5乗倍から10の10乗倍程度の質量を持つブラックホールのことである。

 宇宙には我々の住む銀河系の他にも無数の銀河があり、その中にはアンドロメダ銀河やM32、M51といったおなじみの銀河も含まれている。銀河の中心部付近の恒星やガスの動きから超大質量ブラックホールの存在が確実視されているもの多くある。いわゆる活動銀河やクエーサーと呼ばれるものの大部分では、ブラックホールに落ち込むガスから放出されると考えられる大量のX線が超大質量ブラックホールの存在を示している。

 宇宙からのX線は、地球の大気に吸収されてしまうことから人工衛星で観測する必要がある。アメリカのマサチューセッツ工科大学を中心とするグループが、1970年12月ケニアから打ち上げたX線観測衛星“ウフル”によって、数々の天体を継続的に観測し、X線の発生源が中性子星や超新星の残骸、パルサーであることを突き止めた。数々の天体の中からはくちょう座X-1のX線データは不規則で激しく変化し、どのデータにも当てはまらず科学者達はブラックホールを発見する。


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まるで「ぐでたま」?アルマ電波望遠鏡がとらえた恒星最後の姿、赤色超巨星「ベテルギウス」

 アルマ電波望遠鏡

 2017年6月、アルマ電波望遠鏡が電波で観測した、赤色超巨星ベテルギウスの画像が公開された。その姿は丸い恒星のイメージからは程遠いいびつな形をしていた。この星は星としての寿命を迎えている。

 アルマ電波望遠鏡(ALMA)というと正式名は「アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)で 、標高5,000mの高地、チリ・アタカマ砂漠に建設された大型電波干渉計である。

 2002年から建設が始まり、2013年3月13日に完成記念式典が行われた。2014年6月に全てのアンテナが到着した。アタカマ砂漠に設置することが決定したのは砂漠地帯ならば水蒸気の影響を受けないため、高い周波数(短い波長)の電波の観測が可能である点である。特に、高地砂漠の場合には平野などの低地に比べて比較的高い周波数の電波の観測が容易である。


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太陽系には未知の惑星が複数存在する?太陽系外縁部に新たな歪み発見!第10惑星による影響の可能性

太陽系は思ったよりもスケールが大きい

 海王星の軌道(太陽から約30天文単位=45億km)の外側には、数百天文単位にわたる領域まで太陽系外縁天体が分布している。この太陽系外縁天体の軌道の調査から、未知の惑星質量天体が、50~80天文単位あたりの太陽系外縁部に潜んでいる可能性を示唆する研究成果が発表された。

 ただし、この天体は、これまでに存在が示唆されてきた「太陽系第9惑星」ではないようだ。というのも、「第9惑星」の質量は地球の約10倍、太陽からの距離は500~700天文単位と推測されているからだ。この第9惑星は太陽系の最遠に位置するセドナなど6つの太陽系外縁天体の軌道を調べ、コンピューターのシミュレーションで予想されたものである。

 太陽系は我々が思っているよりもずっと壮大で、さまざまな天体が存在しているらしい。それにしてもなぜ、これらの天体は発見されることなく、秘密のベールに包まれているのであろうか?


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いよいよ宇宙ビジネス時代到来!日本の民間衛星、インドで打ち上げ成功!宇宙旅行や宇宙輸送、宇宙資源など

日本の民間衛星 インドで打ち上げ成功

 日本の民間企業が本格的に宇宙ビジネスに参入しようと開発した超小型衛星が6月23日、インドのロケットで打ち上げられ、軌道の投入に成功した。軌道の投入に成功したのは、大手精密機器メーカーのキヤノンが開発した大きさおよそ50センチほど、重さ60キロほどの超小型衛星。

 この超小型衛星はインド政府のロケットに搭載され、日本時間6月23日午後1時ごろ、インド南部のアンドラプラデシュ州スリハリコタにある宇宙センターから打ち上げられた。

 ロケットには、日本のほかドイツなど14か国から依頼を受けた超小型衛星とインドの観測衛星の合わせて31機も搭載され、総重量は955キロになった。


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世界初!アルマ電波望遠鏡が、巨大な「赤ちゃん星の成長」 を観測!原始星から噴き出すアウトフローが鮮明に

 恒星の一生とはどんなものだろう?

 恒星の誕生から最後までに起こる構造の変化は恒星進化論(stellar evolution)という理論にまとめられている。

 恒星進化論においては、恒星を生物になぞらえてその誕生から最期までを恒星の一生とし、幼年期の星、壮年期の星、老年期の星、星の死といった用語を用いる。恒星進化論の中で用いられている進化も生物になぞらえた言葉であるが、生物の進化とは異なり、世代を超えた変化ではなく恒星の一生の中での変化を表している。

 恒星は自分自身の重力があるので常に収縮しようとする。しかし、収縮すると重力によるポテンシャルエネルギーが熱に変わる。また充分に高温高圧になれば核融合反応が起こり熱が発生する。これらの熱によってガスの温度が上昇すればガスは膨張しようとする。このようにして収縮と膨張が釣り合ったところで恒星は安定している。重力と核融合によるエネルギーを使い果たすと、恒星は収縮をとどめることができず最期を迎えることになる。


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熱い熱い系外惑星を発見、4,300度で史上最高!大気は「分子」が分解して「プラズマ」状態?

 ホットジュピターとは?

 ホット・ジュピター(Hot Jupiter) は、木星ほどの質量を持ちながら、主星の恒星から、わずか0.015au(224万km)から0.5au(7480万km)しか離れておらず、表面温度が非常に高温になっている太陽系外惑星の分類の一つである。恒星に極めて近く、強烈な恒星光を浴びるため表面温度は高温になっていると予想されている。「ホット・ジュピター」は直訳すれば「熱い木星」となるが、このような特徴に由来したものである。この種の系外惑星は1995年頃から続々と発見されつつある。

 主星に近く、質量が大きく、高速で公転しているため、惑星に重力による、主星のわずかな揺れを検出するドップラー分光法での発見が最も簡単なタイプである。最もよく知られているホット・ジュピターはペガスス座51番星bである。ペガスス座51番星は、太陽に似た恒星を、わずか4日間で公転しており、1995年に発見された。

 他にも、離心率の大きい彗星のような楕円軌道を描き、灼熱期と極寒期をめまぐるしく繰り返す巨大惑星エキセントリック・プラネットも発見されている。両者はこれまでに発見された太陽系外惑星のうち大半を占めているが、後者の方が圧倒的に多い。いずれも、我々の太陽系の惑星からは想像もつかない惑星である。


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ブラックホールに新しい解釈、相対性理論を破綻させる「裸の特異点」は異次元の世界でなら存在可能か?

 ブラックホールの中はどうなっているのだろう?

 ブラックホール(black hole)とは、極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない天体である。質量が太陽の約30倍以上ある恒星が寿命を迎えるとき、自己重力が中性子の核の縮退圧を凌駕(重力の強さで中性子が潰れ始める)するため、超新星爆発の後も核が収縮(重力崩壊)を続ける。この段階になると星の収縮を押し留めるものは何も無いため永久に縮み続ける。こうしてシュバルツシルト面より小さく収縮した天体がブラックホールである。

 ブラックホールは2つの部分からなる。中心には「特異点」が存在し、星を構成していたすべての物質がこの無限に小さな点に押し潰されている。特異点の周囲には、そこからの脱出が不可能な空間が広がっており、その空間の境界は「事象の地平線(事象地平)」と呼ばれる。ひとたび事象地平を越えたが最後、再び出てはこられない。ブラックホールに落ちていく物体が放つ光さえもがつかまってしまうので、外側にいる観察者は二度とその物体を見ることができない。物体は落ち続け、特異点に達して押し潰される。

 しかし、この描像は本当に正しいのだろうか? 既知の物理法則によれば、特異点ができるのは確かだが、事象地平についてははっきりしない。大部分の物理学者は、事象地平が科学上の不都合を覆い隠してくれる“イチジクの葉”として非常に魅力的だという理由だけで、事象地平が形成されなければならないという仮定の下に研究を進めている。


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木星の意外な姿、探査機「ジュノー」の極地観測で判明!巨大嵐、雷、オーロラ、大赤斑...謎多き巨大惑星

 謎の多い巨大ガス惑星「木星」

 木星は、太陽系の惑星の中で一番大きな天体だ。直径は、地球の約11倍。質量は地球の318倍もあるので他の惑星7つを足しても木星の半分の質量にもならない。

 木星は、地球や水星、金星、火星のような岩石型惑星ではなく、ガス型の惑星だ。そのほとんどは水素でできている。木星の中心には、岩石の核があるのではないかといわれており、そのまわりを液体の水素、気体の水素が取り巻いている。木星は、その大きさの割には回転が速く、自転速度は1周するのに10時間ほど。だから、遠心力が強く、やや横に膨らんだ楕円形となっている。

 天体観測を趣味としている人はよくご存知かもしれないが、木星には美しい縞模様がある。この縞模様の正体は何だろうか?


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系外惑星の多様性「ウォーム・ネプチューン」発見!ホットジュピター、スーパーアースなどバラエティ豊かな仲間

 次々に発見される「系外惑星」

 太陽系外惑星(Extrasolar planet, Exoplanet)とは、太陽系にとっての系外惑星、つまり、太陽系の外にある惑星である。 多くは(太陽以外の)恒星の周りを公転するが、白色矮星や中性子星(パルサー)、褐色矮星などを回るものも見つかっており、他にもさまざまな星を回るものが想定される。

 NASAが2017年2月21日、突如として全世界に向けて驚くべきアナウンスを行った。アナウンスは「系外惑星に関する重大な新事実」であり、地球から約39光年(1光年は約9兆4600億キロ・メートル)先の宇宙で、生命を育む可能性がある惑星が7個も発見されたという内容だった。

 それによると、研究チームは太陽系から、およそ40光年離れた宇宙にある「TRAPPIST-1」と呼ばれる星の周りを、地球と似た大きさと質量を持った惑星が、少なくとも7つ回っていることを突き止めた。7つの惑星は、その質量や、「TRAPPIST-1」との距離などから、表面にもし水があれば、凍ることなく液体のままで存在できる可能性があるほか、うち6つは地球のように岩石などでできた固い表面を持っている可能性がある。


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太陽質量の1.6億倍?銀河中心から移動する超大質量ブラックホール発見!重力波の反動で飛び出した模様

 成長するブラックホール

 質量が太陽程度から太陽の数倍までの星の場合には、主系列星の後に赤色巨星の段階を経て、白色矮星となり次第に冷却して一生を終える。星が若い間は、水素の原子核が互いに結合してヘリウムが生まれる。この時のエネルギーによって星は自らの大きさを支えている。

 質量が太陽の約8倍よりも重い星の場合は、巨星に進化した後も中心部で核融合によって次々に重い元素ができ、最終的に鉄からなる中心核が作られる。鉄の原子核は結合エネルギーが最も大きいため、これ以上の核融合反応は起こらず、星の中心部は熱源を失って重力収縮する。収縮が進むと鉄の原子核同士が重なり始め、陽子と電子が結合して中性子へ変化し、やがて星の中心部がほとんど中性子だけからなる核となる。

 この段階では核全体が中性子の縮退圧によって支えられるようになるため、重力収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発生し一気に吹き飛ばされる。これが超新星爆発で、爆発の後には中性子からなる核が中性子星として残されるが、中性子星が光やX線を激しく放出するパルサーとなることもある。


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月面走破へ!HAKUTOの挑戦、賞金総額3000万ドル(約30億円)の月面レースに勝利できるか?

 民間による月面無人探査プロジェクト

 日本の技術を結集した月面車を製作し、月面を縦横無尽に走らせたい。そんな夢に向かって取り組んでいるグループがある。その名は「HAKUTO」。

 HAKUTOは、Google Lunar X Prize(グーグル・ルナ・エックスプライズ,略称GLXP)に参加している。このコンテストは、Xプライズ財団によって運営され、Googleがスポンサーとなり開催されている民間による最初の月面無人探査を競うコンテストの名称である。

 2004年に民間による最初の「有人弾道宇宙飛行」を競うコンテストAnsari X Prizeが開催された。このコンテストではスペースシップワンが高度100kmの有人宇宙飛行に成功し、賞金1,000万ドルを獲得した。


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