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激動の宇宙
－X線天文学入門－
松本浩典
京都大学理学部物理教室宇宙線研究室助手
人間をX線で見ると…
全く違う姿が見えます
キン骨マンbyゆでたまご
宇宙も全く違った姿を見せます
かに星雲＝中性子星のいる超新星残骸
普通の光
X線
銀河団:巨大な火の玉
普通の光
X線
銀河の集まり
数千万度の高温ガスの塊
天の川銀河で最も重い星
イータカリーナ星
普通の光
X線
話の内容

X線とは何でしょう？
 X線が変えた宇宙像
–
–
–
–
–

星の断末魔：超新星爆発
巨大な火の玉：銀河団
宇宙の灯台：パルサー（中性子星）
光の監獄：ブラックホール
星のゆりかご：星生成領域
まとめ
X線とはなんでしょう？
X線といえば… レントゲン写真！！
体が透けて見える！
ちなみにこれは、
X線を発見した
レントゲンさんの
奥さんの写真です
結婚指輪
レントゲンさんは、１９０１年第１回目の
ノーベル物理学賞を受賞しました。
X線は光の一種！
光もX線も電磁波と呼ばれる波動の一種です。
電場と磁場が
振動しながら
空間を伝わります。
電磁波の名前
波長
普通の光＝可視光 0.00005cm程度
X線
原子一個分
0.00000001cm程度
X線は波長の短い電磁波
電磁波の仲間
X線は光より波長が短くエネルギーが高いので
人体をも通過します。
我々の目＝可視光専用カメラ
←
太陽スペクトル
＝どの波長をどれだけ出すか
沈む夕日。
光
の
量
可視光
赤外線
←短い
波長
長い→
太陽は可視光線をたくさん出すので、
我々の目はそれを受けられるように進化した
波長とエネルギーの関係
短
高
波長
長
エネルギー
低
色
ガスの炎(2000度)
たばこの火(600度)
波長の短いX線は、超高温物体からしか出ない
(1000万度以上！)
X線を出す天体は存在するか？
•太陽＝宇宙の中では平均点の星(6000 度)
•一番青い星(高温度)でも数万度
1960年代の普通の科学者
「宇宙にX線を出す星なんてあるわけないよ」
物理学者ブルーノ・ロッシ
「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)
ここ！
この実験を一緒に行ったのが…
リカルド・ジャコーニー
(1931年~現在)
X線天文を切り開いた業績で、
小柴昌俊、レイモンドデービス
と共に、
2002年ノーベル物理学賞受賞！
(小柴、デービス両氏は
ニュートリノ天文学の開拓)
一見不思議ですが…
可視光
X線
地球大気
X線は地球大気を貫通できません。
観測には現在人工衛星を使います
現在活躍中のX線天文衛星
アメリカ
チャンドラX線衛星
細かい構造まで
くっきり見える
ヨーロッパ諸国連合
XMMニュートン衛星
暗いものまで
はっきり見える
日本の衛星
日本は継続的に衛星を打ち上げ続け、
世界をリードしてきました。
一番最近の衛星：あすか(1993-2001)
世界初の高エネルギー
X線写真撮影装置
などの特徴
日本次期X線天文衛星ASTRO-E2
日本は2005年に次の衛星を打ち上げる
計画です。
ASTRO-E2
世界一詳しいX線スペ
クトルをとることが出
来る！
観測装置は手作り！
どこにも売ってないから…
京都大学、大阪大学、
宇宙科学研究所
マサチューセッツ工科大学
共同でASTRO-E2搭載用
X線CCDカメラを
開発中です。
精密なスペクトルを取れる
のが特徴
実験風景図
X線で観測する意義
•可視光＝普通の宇宙の姿
•X線＝エネルギーが高い！
発生場所のエネルギーも高い
何千万度の高温のような、
地上ではまずお目にかかれない世界、
宇宙の極限の姿を観測出来る！
星の進化 (輪廻転生)
星の進化の一例
赤色巨星
X線弱い
超新星
X線強い
ガ
ス
雲
ブラック
ホール
再生
中性子星
星の断末魔：超新星爆発
星が核融合の燃料を使い果たして、
死ぬときに起こす大爆発。
全エネルギーは 1044Jに達する。
=世界の消費エネルギー 1026年分が一瞬で！
（ちなみに宇宙は誕生してまだ1010年です。）
1日前の様子
超新星の出現
超新星残骸カシオペアA
約300年前の超新星爆発の跡！
１０光年
カシオペアAのX線スペクトル(1)
曲がり具合から
温度がわかる。
温度約３０００万度！
カシオペアAのX線スペクトル(2)
各原子に特有の線が出る
どんな原子がそこにあるのかわかる
みなさんは星の子供！
宇宙の始めには水素とヘリウムしかなかった。
星ががんばって核融合を起こして、
水素とヘリウムからいろんな原子を作った。
それがたまたま地球上で集まって、
みなさんになってるわけです。
銀河の集合乙女座銀河団
可視光
X線
温度は２０００万度
８億光年
銀河の集まりというより、高温の火の玉
軽い原子ほど早く出来た
原
子
の
量
重い原子(鉄など)
軽い原子(酸素など)
中心からの距離
軽い原子は十分拡散している。
超新星爆発の後に残るもの
爆発の模式図
周囲は吹っ飛ぶが、
中心部は圧縮
中性子星
または
ブラックホール
爆発のアニメーション
中性子星
あまりに圧縮されすぎて、星を構成する
原子がつぶれて中性子になってしまった星。
水素原子の場合
－電子
－
＋
＋
陽子
距離が近づく
中性子
完全合体！
中性子星の特徴
•重さは太陽程度で3x1030kg。
(地球は 6x1024kg)
•半径はわずか 10 km。
(地球は 6000km)
•密度が極端に大きい。1 ccあたり10億トン！
(1ccあたり、地球は5g、水は1g)
•磁場がものすごく強い。1012ガウス=10兆ガウス
(ピップエレキバンは800ガウス。
地球は0.4ガウス。)
宇宙の灯台：パルサー
回転軸
あまりに磁場が
強くてX線を出す
中性子星
パルサーのアニメーション
ブラックホール
中性子星よりも、もっと圧縮されて密度が
高くなり、その結果あまりに重力が強すぎて
光すら脱出できない天体。
ブラックホール＝光の監獄
物
体
重力弱
光
光
脱
出
脱
出
物
体
重力中
物
体
光
重力極大
＝ブラックホール
光が出てこないのに、なぜ見える？
拡大図
ブラックホール
X線
伴星
X線
落ち込む物質が
ブラックホール
数千万度になって
落下する物質
X線を出す。
ブラックホールには二種類
•小質量ブラックホール
太陽の10倍ぐらいの質量
極端にサイズが違う！
•大質量ブラックホール
太陽の100万倍から10億倍
小質量ブラックホール
太陽の10倍くらいの質量のブラックホール
白鳥座X-1
もっとも有名な
小質量ブラック
ホール
大質量ブラックホール
ほとんどの銀河の中心にある、太陽の百万倍
以上もの質量を持つブラックホール
ジェット
M87銀河
乙女座銀河団の
中心にある
巨大銀河
10光年
巨大ブラックホール
我々の住む天の川銀河にもいる！
天の川銀河を横から見た図
銀河中心X線写真
30光年
大質量ブラックホール
ブラックホール誕生の謎
•小質量ブラックホール（太陽の10倍）
超新星爆発でできる。
•大質量ブラックホール（太陽の100万倍以上）
どうやって出来るの？
中間の奴が
見つからない
中質量ブラックホールを発見
M82銀河
太陽質量の1万倍ぐらい
の中質量ブラックホール
中間のサイズの
ものがいた！
ブラックホール
は成長する！
ニューヨークタイムズ2000年9月13日
ちなみに…
手前味噌ですが…..
我々が中質量ブラックホールを
発見しました。
朝日新聞2000年9月13日
星の誕生する場所
星は、ガス雲の奥深くで誕生するので、
普通の光では隠されて見えない。
透過力の
強いX線を
使えば良い！
可視光
電波
オリオン大星雲
X線
赤ちゃん星発見！
(推定年齢10万歳)
星は産声も大きい！
連続X線写真
クリスマスツリー
のように点滅。
へびつかい座分子雲
まとめ
•X線はエネルギーの桁違いに大きい光。
•X線が出る場所では、必ず高エネルギー
現象が起きている。
•だからX線を使うと、静穏でない、
激しい宇宙の姿が見えてくる。

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