じじぃの「超新星爆発・中性子星・星はどう生まれ、どう死ぬのか!MIT白熱教室」

The Birth and Death of Stars 動画 MIT Video
http://video.mit.edu/watch/the-birth-and-death-of-stars-9047/
Walter Lewin demonstrates Doppler Effect of binary stars [English audio, Spanish subs] 動画 YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=wfcG0IRuffA
BBC Beautiful Minds - Jocelyn Bell Burnell on Truth and Understanding 動画 YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=GEAskllX6Hs
supernova explosion 動画 YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=RgfbjHz_UTo
未来世紀ジパング 「"世界一星がきれいな場所"で日の丸沸騰プロジェクト!」 (追加) 2013年7月15日 テレビ東京
【司会】SHELLY、大浜平太郎 【ゲスト】夏野剛宮崎美子坂下千里子 【ナビゲーター】山根一眞(ノンフィクション作家)
●困難を乗り越えた技術者たち、あくなき挑戦のドラマ
アルマ建設には、ニッポンの天文学者と技術者のあくなき挑戦のドラマがあった。アンテナ本体の開発・製造を担った三菱電機は、巨大アンテナを分度器の1度をさらに、3万6000分の1に分割した精度で動かすというとんでもない技術を開発した。その製作には80社に及ぶ中小企業も集結。アンテナ表面の凹凸誤差は、なんと1000分の4ミリで、ベテラン職人が1つ1つ丹念に磨き上げて完成させた。
そして、この国際プロジェクトの“生みの親”も日本人なのだ。国立天文台の名誉教授で、電波望遠鏡の世界的権威、石黒正人さん。構想したのは30年前で、世界中の広くて平らで乾燥した場所を求めて探し回り、世界各国に参加を促した。このように日本が世界を牽引して、天文学史上最大の観測プロジェクトが実現したのだ。
●世紀の大発見となるか!? アルマが開く技術立国の未来とは?
世界トップレベルの研究者が集結するアルマ望遠鏡。そこで観測チームのトップを務めるのも日本人、国立天文台の斎藤正雄さんだ。アメリカの観測所で国際経験を積んで、アルマのリーダーに抜擢された、国際プロジェクトのスペシャリストだ。
斎藤さんは、「惑星誕生の謎」を解明しようとしている。世界最高峰の能力を持つアルマでないとできない観測だ。世界の英知を率いて人類初の発見に挑む斎藤さん。そこで見た光とは?
●未来予測
「2055年に月で宇宙万博を開催!」。
40年後の2055年に大きな宇宙万博を開催する。
アルマプロジェクトを2年遅れでスタートしたにもかかわらず、電波望遠鏡16台を一番早くに納品できた日本の技術力、もの作りが次に目指すべき目標として、山根さんは提示した。過酷な課題に挑戦する事こそが、科学技術の進歩をもたらし、日本のものづくりを活性化させる。日本を元気つける事ができる。夢のような話に聞こえるが、実際に月で作業する為の無人作業機の開発なども始まっているのだ。
http://www.tv-tokyo.co.jp/zipangu/backnumber/20130715/
東大など、黄色超巨星の超新星爆発の観測に成功 2013/04/09 マイナビニュース
東京大学 国際高等研究所 カブリ数物連携宇宙研究機構(カブリIPMU)は、2011年にM51銀河にて観測された超新星について、ハッブル宇宙望遠鏡を用いた観測により、黄色超巨星が姿を消したことを確認、黄色超巨星が爆発したとするカブリIPMUのMelina Bersten特任研究員らの理論モデルを証明と発表した。
http://news.mynavi.jp/news/2013/04/09/147/index.html
超新星 ウィキペディアWikipedia)より
超新星(supernova)は、大質量の恒星が、その一生を終えるときに起こす大規模な爆発現象である。
【分類】
太陽の約8倍より重い星の場合、核融合反応を繰り返すことによって、赤色超巨星に進化した段階ではネオンやマグネシウムからなる縮退した中心核が作られ、その周囲の殻状の領域で炭素の核融合が進むようになる。中心核の質量が増えると、やがて陽子の電子捕獲反応が起きて中心核内部に中性子過剰核が増える。これによって電子の縮退圧が弱まるため、重力収縮が打ち勝って一気に崩壊する。また、太陽の10倍程度よりも重い星では中心核が縮退することなく核融合が進み、最後に鉄の中心核ができる。鉄の中心核は重力収縮しながら温度を上げていき、約1010Kに達すると黒体放射により生じた高エネルギーのガンマ線を吸収してヘリウムと中性子に分解してしまう(鉄の光分解)。これによってやはり中心核が一気に重力崩壊を起こす。この爆縮的崩壊の反動による衝撃波で外層部は猛烈な核融合反応を起こし、II型の超新星となる。
超新星SN 1987AはII型であったが、一度赤色超巨星に膨張した星が収縮して高温の星になってから爆発するという特異な過程をとり、最大光度も通常のII型超新星より暗いものであった。原因として、マゼラン銀河は通常の銀河に比べて進化が遅く、水素・ヘリウム以外の重元素の比率が小さいことが挙げられている。
超新星元素合成】
超新星はその爆発の際の極高温により、恒星での元素合成ではできなかった重元素の合成を可能にする。鉄より重い元素はその多くがこの過程を経ることによって生成されたものである。
超新星爆発は、重粒子線も大量に発生させ、極高温と粒子の密度の高さから、R過程などを経て重元素が合成されていく。超新星爆発によって理論上生成可能な元素はおおよそカリフォルニウムにまで及ぶ。
ジョスリン・ベル・バーネル ウィキペディアWikipedia)より
ジョスリン・ベル=バーネル (Susan Jocelyn Bell Burnell、1943年7月15日 - )はイギリスの女性天文学者である。アントニー・ヒューイッシュのもとで、最初のパルサーを発見した。
【略歴】
北アイルランドベルファストで建築家の娘として生まれた。グラスゴー大学ケンブリッジ大学で学んだ(1969年に博士号を取得)。1967年ケンブリッジ大学の大学院生時代にヒューイッシュらとクエーサーの観測するための電波望遠鏡の観測データのなかに非常に早く規則的に変化する電波信号を見つけた。天文学的には異常に短い電波の宇宙人からの通信ではないかとも思われた電波源には「緑の小人 (Little Green Man)」を意味する「LGM-1」の名が与えられが、後に高速で回転する中性子星「CP 1919」が電波源であることがわかった。

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『これが物理学だ!マサチューセッツ工科大学「感動」講義』(ウォルター・ルーウィン著 東江一紀訳) 本の話WEB
http://hon.bunshun.jp/articles/-/1156
MIT白熱教室 「星はどう生まれ、どう死ぬのか」 2013年2月23日 NHK Eテレ
【講義者】MIT物理学名誉教授 ウォルター・ルーウィン
夜空に浮かぶ星空が、8回シリーズの最後のテーマ。星はどうやって生まれ、どうやって死ぬのか? その運命を決めるのは何か? そしてブラックホールの正体とは? はるかかなたの宇宙の現象を、物理学はどのように解明してきたのか。天体物理学者として研究の最先端にいたルーウィン教授が、星の神秘を解き明かす。物理学の楽しさを伝えてきたルーウィン教授の白熱教室、最終回は宇宙のファンタジーをお届けする。
http://www.nhk.or.jp/hakunetsu/mit/130223.html
どうでもいい、じじぃの日記。
2/23、NHK Eテレ MIT白熱教室 「星はどう生まれ、どう死ぬのか」を観た。
こんなことを言っていた。
星はどう生まれ、どう死ぬのか
星はどうやって生まれて、どうやって死ぬのか。実は星の誕生についてはまだ分っていないことが多い。星の一生については、むしろ終わり方のほうがよく知られている。星が死ぬとき、それは白色矮星になるか、中性子星になるか、あるいはブラックホールになる。
今日は星がどのような運命を辿り、それがどうやって発見されたかについて話そう。
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スイスの天文学者フリッツ・ツビッキーとドイツの天文学者ウォルター・バーデが驚くべき仮説を発表した。それは中性子星が存在するというものだった。純粋に中性子星でできた星が超新星爆発で生まれるという仮説だった。
超新星爆発が何か、5分後に君たちにも説明しよう。これからするのは質量が太陽の8〜25倍の場合の話だ。
まず、水素が核融合してヘリウムになる。水素がすべて無くなると星は縮み、ヘリウムは核融合する。ヘリウムが無くなるとまた星は縮み、次は炭素が核融合する。そして炭素を使い切ると次は酸素だ。そしてネオン、最後にはケイ素が核融合する。すると鉄ができて、ここで核融合が終了する。なぜなら、鉄が核融合するときはエネルギーを放出するのではなく吸収するからだ。これで星の核融合反応は終了する。
それぞれの元素の反応後、星は収縮する。そして次の反応では以前の温度より高い温度で反応を起すが、その期間は短くなる。水素の反応は星の質量にもよるが、典型的には数十億年も続く。
星の中心部では温度は約3500万度になる。最後の反応ではケイ素が鉄に変わるだろう。それは数日しか続かない。そしてその時の内部の温度は約30億度だ。鉄の核の質量が太陽の1.4倍以上になると白色矮星の質量の最大限界を超え、中心核が崩壊してしまう。そして白色矮星の核が中性子星になる。星の原子が原子核の陽子に取り込まれ、中性子星になる。そしておおむね、ほとんど中性子からできた星が誕生する。
白色矮星の崩壊はおよそ、1000分の1秒の間に起こる。その間に温度は約1000億度に上がる。これは位置エネルギーから運動エネルギーそして熱エネルギーへの変換が行われた結果だ。
ルーウィン教授が両手を広げ、その後、両手を結ぶような仕草をする。
白色矮星はこんなにも大きいが、中性子星はこんなに小さい。だから位置エネルギーが減り、運動エネルギーと熱が増える。この時のエネルギーの放出はとてつもなく大きい。
太陽が100億年の寿命を費やして放出するエネルギーの100倍ものエネルギーを、わずか1秒以内に放出する計算だ。非常に大きなエネルギーの放出は巨大な爆発となり、それが超新爆発だ。後の時代アメリカの物理学者オッペンハイマー中性子星の半径が約10キロメートルであることをつきとめた。たったの10キロメートルだ。白色矮星の1000分の1の大きさだ。する体積は10億分の1の大きさになる。ということは中性子星の密度は白色矮星の16倍になる。1立方センチメートル当たり10の15乗グラムだ。もはや、想像レベルを超えている。小さじ一杯の物質が質量50億トンの重さなのだ。
1967年、イギリスのケンブリッジ大学大学院生、ジョスリン・ベルは指導教官のアントニー・ヒューイッシュが設計した電波望遠鏡からデータを分析していた。
彼女はデータを記録し、ある日、天のある方向からパルス状の電波放射がやってくるのを発見した。そのパルスは1.33秒の間隔だった。研究チームは興奮に包まれた。自分たちが歴史上のもっとも重大な発見をしたと考えたからだ。何らかの知的生命体が地球と交信を求めていると思ったんだ。そこでこのパルスを小さな緑の人(Little Green Men)と呼んだ。
(会場、爆笑)
1ヵ月後、ジョスリンは2つ目を発見した。それぞれ小さな緑の人1、2と名付けた。しかし間もなく3つ目が発見されると、彼らは勘違いに気づき、もう小さな緑の人と呼ぶのは止めにした。
1968年にそのデータは発表すると、それは回転する中性子星に違いないと指摘したのはガルト教授だった。1.33秒は中性子星が1周を自転するのにかかる時間だと主張した。
なぜ、中性子星はそんなに速く回転するのだろうか? それは古典物理学の有名な法則、角運動量保存の法則の結果だ。
この名前に聞き覚えがないかもしれないが、フィギュアスケートで回転するとき、腕をこのように広げたらゆっくり回り、腕を引き寄せると速く回るのは知っているだろう。腕を延ばすとゆっくりになる。これが角運動量保存の法則だ。
星の場合でも同じことが起きている。白色矮星は大きく一定の速さで回転している。実際、天体はすべて回転している。白色矮星が突然半径10キロメートルの中性子星になった場合、大きさはもとの1000分の1だ。すると角運動量保存の法則により、回転速度がもとの100万倍以上になる。つまり中性子星白色矮星よりも毎秒100万回転以上の速さで回る。だから1.33秒という数字は、実は驚くようなものではない。
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じじぃの感想
この後、ブラックホールへと話は進む。
ウォルター・ルーウィン教授は1936年1月29日生まれで77歳だ。
元気なじじぃでした。
ジョスリン・ベル(女性)になぜノーベル賞を与えないのか、と怒っていました。