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宇宙をX線で診察したら？
--X線天文学への招待—
京都大学理学部物理学第二教室松本浩典
E-mail: [email protected]
(質問・意見・苦情・感想いつでもどうぞ)
これはなんでしょう？
ウチワザメのX線写真 (レントゲン写真)
可哀想なX線写真…
ピアスを飲み込んでしまったミニチュアダックスフント
宇宙も全く違う姿を見せる！
普通の写真
X線写真
©CXC
Centaurus A という銀河の写真
©CXC
銀河団:巨大な火の玉
普通の写真
©CXC
単に銀河の集まり
X線写真
©CXC
数千万度の高温ガスの塊
注意：「ガス」とは単に「気体」という意味です。
もっとも身近な星:太陽
普通の写真
X線写真
©science museum
今日の話の内容
X線とはなんだろう？
 X線天文学
 超新星爆発
 ブラックホール

X線=正体不明謎の「X」
体が透けて見える！
1895年に発見
レントゲン(1845-1923)
１９０１年第１回目のノーベル物理学賞を受賞。
日本人もいい線行ってた！
レントゲンによるX線の発見…1895年(明治28年)
そのわずか10ヵ月後に、日本人もX線撮影に成功
島津源蔵＝島津製作所初代社長が初の撮影に成功
©島津製作所
X線とはなんだろう？
X線は「光（=電磁波）」という波の一種です。
波とは… 何かのうねうねとした振動。
波の代表例：水の波
他の波の例
音：空気のうねうねした振動のこと。
目には見えないが、その代わり耳で聞こえる。
波の間隔(=波長)によって
色んな音に聞こえる。
波長が長いほど低い音。
♪ドは♪レより波長が
長い
光＝電磁波
電磁場という「ある物」の振動を、
光(=電磁波)と呼びます。
(電磁場: 電気と磁石に関係したもの。)
波長
音
光
短い
高い
青い
長い
低い
赤い
X線は波長がすごく短い光
©ISAS/JAXA
光の種類
波長
普通の光＝可視光
0.00005cm程度=5x10-5cm
X線
原子一個分
0.00000001cm程度=1x10-8cm
光を出す物体の温度
炭火焼: 700度ぐらい
ガスの炎: 1700度ぐらい
青い (= 波長が短い) 関連 温度が高い！
色、波長、温度、エネルギー
波長
色
温度
エネルギー
長い
赤
低い
低い
短い
青
高い
高い
X線
ものすごく
高い
ものすごく
高い
ものすごく
短い
X線を出す物体の温度は1000万度以上！
エネルギーも高いので、人体をも貫通する。
X線を出す天体＝数千万度以上！
宇宙の中で最も普通の星: 太陽
太陽の温度 = 6000 度
ちょうど普通の光(可視光線)をたくさん出す温度
1960年代の普通の科学者の考え
「X線を出す天体など存在するはずがない！」
米国物理学者ブルーノ・ロッシ
©MIT
「自然は人間よりもはるかに
想像力豊かである！」
1962年ロケットを打ち上げ、
初めて「X線星」を発見
(1905-1994)
ノーベル賞もとった！
リカルド・ジャコーニー
(1931年～現在)
ロッシと共に実験。
日本の小柴昌俊先生らと共に
２００２年ノーベル物理学賞受賞
X線天文学＝意外性の科学
X線: 普通でない所でしか発生しない。
超高温度、強重力、強磁場etcの世界
X線で宇宙を観測したら、「普通でない所」ば
かりが見える。
人間の想像を超える自然の姿が見える。
日本はX線天文学で世界のリーダー
日本は継続的にX線天文衛星を打ち上げ、
世界をリードしてきた！
はくちょう
1979--1985
ぎんが
1987--1991
てんま
1983--1989
あすか
1993--2001
世界最新のX線天文衛星「すざく」
すざく衛星
２００５/7/10打ち上げの瞬間
すざく：四神の一つ。
キトラ古墳壁画
すざくのX線検出器は手作り
X線CCDカメラ XIS
京都大学・大阪大学・宇宙科学研究所・MITなど
すざくのX線CCDカメラ：XIS
X-ray Imaging Spectrometers(XIS)
スペクトルの実例
世界最高の
エネルギー分解能
世界一詳しい
スペクトル
波長長い
エネルギー低い
波長短い
エネルギー高い
スペクトルについて
©ISAS/JAXA
スペクトル
色んな波長の光が、
どのくらいずつ混
ざっているかグラフ
にしたもの。
「スペクトル」を例えると…
ミックスジュースの成分表のようなもの。
プ
パ
イ
ナ
ッ
バ
乳
牛
ル
ナ
ナ
ご
ち
い
か
ん
120
100
80
60
40
20
0
み
グラム
内容物の成分グラフ
スペクトルからわかること
炭素
酸素
マグネシウム
ネオン
波長長い
エネルギー低い
波長短い
エネルギー高い
シリコン
•何があるのか
•温度
•その他色々
太陽系は数百万度の高温ガスに
囲まれている！
太陽系
波長長い
エネルギー低い
数百万度の高温ガス
波長短い
エネルギー高い
超新星爆発があった？
超新星爆発
• 星は自分自身が燃料となって輝く。
• 燃料がなくなったら重力でつぶれて大爆発
©CXC
ブラックホールか
中性子星が残る
（アニメあり）
超新星爆発の実例
1987年2月23日の大マゼラン星雲
1987年2月24日の大マゼラン星雲
超新星爆発
小柴先生は、この超新星爆発からのニュート
リノを検出した装置を作って2002年のノーベ
ル賞を取られました。
爆発の跡：超新星残骸
Cassiopeia A
E0102-72
Kepler
G320.4-1.2
Crab
W49B
超新星残骸のX線写真集
©CXC
超新星残骸カシオペアA
©CXC
©ISAS/JAXA
10光年
エネルギー
鉄、シリコン、硫黄な
どの原子が放出！
原子はどこで作られた？
星の内部
星は水素を燃料
として輝く(核融
合)
燃えカスとして鉄や
酸素や炭素が出来る。
超新星爆発で
燃えカスが散乱
人間は星の子供
137億年前：宇宙の誕生(ビッグバン)
世の中には水素とヘリウムだけ
超新星爆発で各種原子がばらまかれる
現在：色々な原子がたくさん存在
我々の体は、大昔必ずどこかの星の中にいた。
爆発の影響は身の周りにも！
地球上に降り注ぐ
宇宙線
（高エネルギー粒子）
ガイガーカウンター
をならす。
爆発後に残されるもの
星の外部は吹き飛んで
超新星残骸。
©CXC
星の内部は圧縮され
てブラックホールか中
性子星
（アニメ有り）
カシオペアAの中心
X線写真
ブラックホールか中性子星?
ブラックホール＝光の監獄
物
体
重力弱
光
光
脱
出
脱
出
物
体
あまりに重力が
強すぎて光すら
脱出できない。
物
体
重力中
光
重力極大
＝ブラックホール
X線ならブラックホールが見える
M87銀河の中心部X線写真
宇宙で一番巨大な
ブラックホール
太陽の質量の10億倍
M87全体の可視光写真
ジェット
どうしてX線が出る？
X線
ブラックホールその
ものではなく、周囲
がX線を出す。
ブラックホール
すごい速さで物質が落ち込む。やがて、物質同士の摩擦で
熱が発生し、数千万度以上になってX線を出す。
我々の住む銀河＝天の川銀河
中心核にブラックホール
これはNGC2997ですが…
左の写真のような
渦巻き銀河だと考
えられています。
銀河中心X線写真
アニメーション
30光年
太陽の100万倍の巨大ブラックホール
©CXC
すざくによるX線写真
冷たいガス(10度ぐらい)の分布
銀河中心BH
Si
高温ガス(1億度ぐらい)の分布
超新星残骸
ＳｇｒＡＥａｓｔ
中間温度ガス(1000万度ぐらい)の分布
Fe
なぜこんな高温度ガスが存在？
実生活とブラックホール
ブラックホール
＝究極的に強い重力
カーナビ
アインシュタイン
相対性理論
いまや、相対性理論が日常に使われる時代。
ジェットを持つ巨大BHのX線写真
Centaurus A
Pictor A
©CXC
想像図
X線写真
PKS 0637-752
GB1508+5714
なぜジェットが出る
のか、良くわかって
いない。
まとめ
X線は光の一種
• 波長がすごく短くエネルギーが高い。
• 数千万度の温度になると出る。
X線で見える宇宙＝高エネルギー現象
• 高温度:超新星爆発、超新星残骸
• 星の中で元素は生まれた。
• 強重力:ブラックホール
• 天の川銀河中心にも存在

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