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惑星のでき方 [宇宙のふ〜ん。なこと]

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Credit: University of Copenhagen/Lars Buchhave



原始惑星の仮説


太陽系の惑星はどうやってできのたのか。
その問についてはこれまで「原始惑星の仮説」というような理論で
説明されてきました。

それがどういうものかというと、
非常に小さな物体がいくつもいくつも
互いにくっつき合って、
どんどん成長していく……と
簡単に言えばそういうものです。

しかし、そもそもその現象がなぜ起こるのか。
わかりませんよねえ。

今日はそのことを、いろいろ考えてみましょう。



太陽の誕生


理論が説明するように、約46億年前には
今太陽系があるところは、単なるガスと塵の
ゆるい集合体といったようなものでした。
これが「星雲」ですね。

オリオン座の星雲がもっとも有名なものですかね。

The-Orion-Nebula-by-Vasco-Soeiro-580x367.jpg

Credit: Vasco Soeiro


その後、何らかの要因が
星雲の中心部に圧力変化を引き起こすと
科学者たちは言っています。

おそらくは、近くで超新星爆発が起こる、
あるいは近くを通り過ぎた星により
重力に変化が起こる
というものです。

しかし、このような変化によって
星雲は崩壊し、
物質の円盤を形成していゆく、
とNASAは言っています。

円盤の中心部の圧力がどんどん高まり、
最終的には、星雲内に浮遊していた水素原子が
互いに接触するようになります。

すると、それらが融合してヘリウムを作り、
結果的に太陽を形成する起爆剤となるのです。

太陽は、ガツガツと
周りに渦巻く物質のおよそ99%を食いつぶしていきます。
あとに残った1%。
これが惑星の素となる、とNASAは考えています。

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A star formation region (DR22 in Cygnus),DR22, in the constellation Cygnus the Swan. Credit: NASA / JPL-Caltech



カオスのとき


この時点で、太陽系はガスや塵や破片などが
非常にごちゃごちゃとした
とっちらかった場所となります。

しかしこの間に、惑星形成のプロセスが
急速に進みます。
塵やガスの小さなツブツブが
互いに集まり始めるのです。

若い太陽が、辺りのガスのほとんどを
太陽系の外に押しやり、
その時に出す熱が、その辺の氷を全部蒸発させていしまいます。

後に残された岩の塊のような惑星の素は、
時とともに太陽に近づき、
塵やガスの塊は更に遠ざかってゆきます。

そして、約4億年ほど前に起こったのが
「後期重爆撃期」と呼ばれる出来事です。
小天体が太陽系の大きな天体に激突するというものです。

火星サイズの天体が地球の素にぶつかって、
危うく地球がなくなるということがあったとか無かったとか……。

何がこの現象を引き起こしたのか
ということは、現在も研究がされている最中ですが
科学者の中には、
ガスの塊が太陽系の縁を動きまわって、
小さな天体をかき回した結果この現象が起こったのだと
信じている人もいます。

まあ、なんだかんだで、
原始惑星が互いにぶつかった結果、
最終的に惑星が出来上がった、と言われています。

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Credit: Joe Tucciarone



その後も太陽系内には、
惑星の残りモノがあちこちに散らばっています。

現在火星と木星の間にある小惑星帯【アステロイドベルト】
と言われるものも、そうなんですね。

木星の重力が見かけほど大きくないのは
ひょっとして惑星になり得た、
この小惑星帯があるからだとも言われます。

その他、彗星あるいは
太陽系の「構成要素」とみなされる小惑星もあります。

こんな具合に太陽系はできてきた訳ですが、
同じようなことが、宇宙のあっちこっちで起こっています。

太陽系外の惑星も、きっと同じようにできているとは思われますが、
じゃあ、どれぐらい同じなのか?
ということは、まだまだ研究の待たれるところです。


現象を記録する


この理論の大きな問題は、
当然ですが、誰もその過程を見た人がいないということです。

だからこそ、周りの宇宙空間で
今現在起こっている現象を記録するということが
太陽系の成り立ちを知る上でも、とても大切なんですね。

solarnebula-580x464.jpg

Image credit: NASA



天文学者たちは、記録をするために
ふたつの方法を駆使して頑張ってます。

ひとつはひたすら観測。
アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計(ALMA/アルマ)のような
強力な望遠鏡を使って
若い惑星の周りの塵を観測するのです。

その塵の中から、惑星を持つ星が生まれる現場を
目撃することができるんですねえ。

もうひとつはモデル化。
観測から得られた仮説を証明するには
コンピュータを使って
その仮説をシミュレートするのです。

シミュレーションにはあらゆる条件を挿入して
(例えばある天体が近くを通過することで引き起こされる現象など)
何度も計算を繰り返します。

そうすることで、仮説の可能性を突き詰めてゆくのですね。

しかし、まだこの方法ではわからないことがあります。
太陽系の惑星がどのような終焉を迎えるか、
確実に予測することは、まだできないんです。

衛星を持った小惑星なんていう、
なんともやっかい現象が
太陽系の中ですら、いくらでも見つかるんですからね。


Credit: NASA/JPL-Caltech



惑星形成に影響を与えるような、
例えば超新星爆発のような外部要因について
人類はもっともっと知る必要があります。

「原始惑星の仮説」は
人類が持っている中では、一番もっともらしいものです。少なくとも、今のところは。
これが現在の人類の実力。




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ブラックホールについて 10の驚きの事実 [宇宙のふ〜ん。なこと]

PIA10093-580x464.jpg

Photo Credit: NASA


想像してみましょう。

物質があまりに詰めっ詰めに密集してて
どこにも逃れようのない状態。
月も惑星も、光でさえも動けない。

それがブラックホール。
重力の引き込みが計り知れないほど巨大なため
あらゆるものが取り込まれ、
永遠の迷走へと落とし込まれる危険性をはらむ場所。








しかし、そのブラックホールはどうやって出来たのか。
なぜ重要なのか。
今日はブラックホールについての10の事実をあげてみました。
ブラックホールという神秘の魅力の
ほんのひとかけらです。


事実1:ブラックホールは見えない


ブラックホールという名前のとおり、
「黒い」ため、光やX線をあてようが何をしようが、
直接ブラックホールを見ることはできません。
その周辺の環境を観測する以外に
ブラックホールを感知することはできないのです。

ブラックホールはあらゆる物質を引っ張り込み
ズタズタに引きちぎろうとします。
ときにはひとつの星を飲み込むことだってあります。
まさにそれが我々にはチャンス。
星が引き込まれる時の加速、発熱を観測することによって
ブラックホールの存在を知るのです。


事実2:要注意!! 僕らの銀河にもブラックホールがある!


自然な疑問として、
地球がブラックホールに飲み込まれる危険性はあるのか。
というのが気になるところでしょう。

さあ、どうなのか?
天文学者たちの答えは〜 NO〜です。

我らの天の川銀河の真ん中には
超巨大なブラックホールがあるにはある。
でも、ラッキーなことに
それらのブラックホールからはだ〜いぶん離れた所に
僕たちはいるのです。

銀河の中心から半径の2/3の位置にある
太陽系というポジションは
恐ろしい怪物に脅かされることなく
その存在をきっちり観測できる
優れたポジションなんですね。

European Space Agency(欧州宇宙機関〉の調べでは
銀河系内のブラックホールが太陽の4万倍の規模を持ち
想像を絶する光熱のガスに覆われているそうです。


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Credit: X-ray: NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI

射手座Aの合成画像=赤外線(ハッブル宇宙望遠鏡の捉えた赤、黄色)とX線(チャンドラ宇宙望遠鏡の捉えた青色)



事実3:死にゆく星がブラックホールをつくる


ここに太陽の20倍以上の規模の恒星があるとしましょう。
我々の太陽が命を終えるときは、とても静かです。
単に核燃料が切れて、ゆっくりと白色矮星になります。

しかし、20倍以上の規模の恒星の場合は、そうは行きません。
モンスターが燃料を使い果たした時
重力が、星が形を保つために持つ自然な圧力を圧倒します。

Space Telescope Science Institute(宇宙望遠鏡科学研究所)によれば、
核反応による圧力が崩壊すると、
重力がコア(地核)を破壊し、他の層は宇宙に投げ出されてしまいます。
この現象をスーパーノヴァ(超新星)と呼びます。

残されたコアが特異点(物質密度が無限となる点)へ向けて
潰れていゆくー これがブラックホールの別名なのです。


事実4:ブラックホールには色々なサイズがある


ブラックホールには
少なくとも3つの種類があるとNASAは考えています。
比較的小さなものから銀河の中心部を支配するほどのものまであります。

原始的なブラックホールが一番小さく、
たった1個の原子サイズから山程度の質量を持つものがそれに含まれます。

もっとも一般的なサイズは恒星大のもの。
この場合の恒星とは太陽の20倍以上の規模のものです。
おそらく天の川銀河には、これぐらいのサイズのブラックホールが
十数個あると思われます。

そして最後が、銀河の中心の巨大なブラックホール。
「超巨大ブラックホール」と呼ばれています。
このクラスになると、
ブラックホール1個の大きさが太陽の100万倍の規模とされています。
そんな形をしているのかは、未だ不明です。


BBHmerger1-580x580.png

2つ連なるブラックホールを上から見た図

Image Credit: Bohn et al. (see http://arxiv.org/abs/1410.7775)



事実5:ブラックホールの周りでは奇妙な時間的現象が起こる


ある人(A)が今まさにブラックホールに吸い込まれていて、
その光景をもう一人の人(B)が見ているところを想像してください。
(B)の観点からは、(A)の腕時計がどんどんゆっくり動いているように見えます。

これはアインシュタインの一般相対性理論によるものですが、
簡単に言えば、
光速に近づけば近づくほど、時間の進み方が速度の影響を受けるというものです。

ブラックホールは、時間と空間を大きく歪めます。
(A)の時計をゆっくり進ませる一方、
(A)の観点からは時計は通常通り進んでおり、
(B)がとても速く動いているように見えるのです。


事実6:X線天文学なくしてブラックホールは見つからない


はくちょう座X-1は1960年代の気球実験中に発見されましたが、
これがブラックホールであるとわかるまでは、
更に10年の時を要しました。

NASAによると、
このブラックホールは太陽の10倍以上の大きさがあるそうです。
近くには太陽の20倍以上はある青色巨星があり、
ブラックホールはこの星からガスを吸収して
摩擦熱でX線を放出しているのが観測されています。


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HDE226868星からブラックホール「はくちょう座X-1」へガスが流れ込むイメージ図 (NASA/CXC/M.Weiss)



事実7:直近のブラックホールは地球から1600光年の距離じゃない


射手座のV4641 Sagitarii誤測定が
地球から一番近いブラックホールは1600光年の距離!
なんていう恐ろしい報告につながりました。

危険を意識するほど近いというわけではないですが
想像していたよりはかなり近かったんですね。

もっとも、後の研究で、本当は遠いということがわかっています。
ブラックホールの伴星の回転や他のファクターから見た
2014年の報告では
2万光年は離れているということです。


事実8:ワームホールの存在はまだ確認されていない


人気SFの題材で「人がブラック−ホールに落ちると何が起こるのか」
というのがあります。
例えば別の世界とつながっていたり、
光よりも速く移動できるといった
いわゆるワームホールを信じる人もいます。

しかし、我々人類は
未だに量子力学と一般相対性理論を統一する理論を持てずにいます。
ワームホールを収容できる時空構造が理解できないのです。

wormhole-580x556.jpg

ワームホール、または宇宙の2つの場所をつなぐ通路の理論図 Credit: Wikipedia



事実9:ブラックホールが危険なのは近づきすぎた場合のみ


檻の中の猛獣と同じで、
ブラックホールを遠く離れた場所から見るぶんには
何も危険はありません。
惑星の重力場の外から覗くのは大丈夫。
ブラックホールは、何でもかんでも飲み込んでしまうってことではないのです。


事実10:ブラックホールはSFの世界では超おなじみな存在


めちゃめちゃ多くのSF映画にブラックホールは登場します。
多すぎで数えられないほど。
『イベント・ホライズン』『スタートレック』『バトルスター』
『ギャラクティカ』『スターゲイト』などなど、
いろんな作品に登場しますよね。

このように、実際のブラックホールは
まだほとんどよくわかってなくて、
空想の世界でのみ、表情豊かな姿を見ることができるのです。



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小惑星と彗星の違いって知ってる? [宇宙のふ〜ん。なこと]

halleys-comet-866326-001-ga.jpg

よく見かける質問があります。
「小惑星と彗星の違いは何ですか?」

で、もっともらしく
「コマや尾を蒸発させながら太陽の周りを回る天体を彗星といい、
蒸発が見られない天体が小惑星という」
なんて答えています。






でも、実はそう簡単ではないんです。
もともと、観測されたときにコマや尾といった物質の蒸発が見られる非恒星状の天体が彗星、
そういった蒸発が見られない恒星状の天体が小惑星とされていました。

けれど、観測によって事実がわかればわかるほど、
その違いを明確に答えることができなくなってきているようです。

実際、小惑星と認識されていた天体が、
彗星のような蒸発活動が見られたために後から彗星とされたものや、
逆に、彗星のような軌道を持ちながら
蒸発が見られない小惑星のような天体も発見されてるようです。
最近では、小惑星帯の中にも、彗星活動を示す天体が見つかっています。

このことから、彗星と小惑星の区別が難しくなってきていて、
はっきりこうだ!と言い切るには問題があるようです。
我々は、本当にまだ、何も知らないんだってことです。

「はやぶさ2」は、小惑星を探査することで、
小惑星を構成する物質について調べようとしています。
一つの探査計画に何年もかかるので、
本当に歩みは遅いですが、
こういった地道な努力が謎の解明につながっていくんですね。

自分が死ぬまでに一体どれだけの謎が明かされるのか
楽しみにしていようと思います。



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