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惑星状星雲ができるまで/Formation of Planetary Nebulae

Ryou Ohsawa
September 02, 2017

惑星状星雲ができるまで/Formation of Planetary Nebulae

朝日カルチャーセンターで 2017 年に開講された『夏の星空に見る天文学』第 4 回講義で使用したスライドです.

Ryou Ohsawa

September 02, 2017
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Transcript

  1. 自己紹介 2014 年 3 月 東京大学大学院同理学系研究科 文学専攻同博士課程修了 2014 年 4

    月 ― 2015 年 3 月 東京大学大学院 理学系研究科天文学教育研究センター 学術振興会特別研究員 2015 年 4 月 ― 2017 年 8 月 東京大学大学院 理学系研究科天文学教育研究センター 特任研究員 専門分野 赤外線観測 文学同し晩期型星周 個体微粒子形成じ 装置開発同し解析技術 ト ア,木曽観測所次世代観測装置じ 2017 年 9 月 ― 現在 東京大学大学院 理学系研究科天文学教育研究センター 特任助教
  2. 宇 研究 観察 ・記録 同し観測 文学じ 1. 世界 演繹 同し理論

    文学じ 2. 宇 く 同し計算機 文学じ 3. 実験室 性質 調 同し実験 文学じ 4.
  3. 宇 研究 観察 ・記録 同し観測 文学じ 1. 宇宙にある物体 (天体) からの

    電磁波 (光・電波) を記録する ニュートリノを記録する (ニュートリノ天文学) 重力波を記録する (重力波天文学) 観測天文学はある意味ではとても受動的な科学 メッセンジャーからの情報を最大限活用する
  4. 惑星状星雲 歴史 惑星状星雲 記録同ひ.同ぼessier同 付け親 同W.同Hersをhel同し 王星 赤外線 発見者じ W.同Hウggins同

    分光観測 1764 1780s 1864 Neエ同General同ひatalogウe同of同ひlウsters同さ同Nebウlae同 掲載 1887 中心 あ 星 明 星雲 明 相関 発見同しE.同Hウbbleじ 1922 川銀河 同だせたたた同個以上 記載 1920ク
  5. 付け親 同W.同Hersをhel同し 王星 赤外線 発見者じ 1780s 惑星状星雲 歴史 望遠鏡 緑が

    った ス 上 体 観測 体名ど NG野 て662 赤経ど 2内h 26m 赤緯ど ず円2° 内つ′ 視 ど 1つ′ 観測者ど Feィenc Loェィó Image fィom www.graphitegalaxy.com
  6. 惑星状星雲 歴史 W.同Hウggins同 分光観測 Neエ同General同ひatalogウe同of同ひlウsters同さ同Nebウlae同 掲載 1864 1887 中心 あ

    星 明 星雲 明 相関 発見同しE.同Hウbbleじ 1922 典型的 星 色 く違う色 い わ 星雲 星 光 散乱 輝い い わけ い 当時 同"銀河"同 いう概念 確立 い 時代 惑星状星雲 他 星団や銀河 広 体 一 認識 中心 星 明 け 星雲そ 明 い傾向 あ 星雲 光 い 源 中心星 光 あ 推
  7. 惑星状星雲 歴史 川銀河 同だせたたた同個以上 記載 1920ク ひウrtis同しだとだでじ同てで同個 惑星状星雲 化 Vorontsoェ-Vel短aninoェ同しだと3っじ同だ3っ同

    体 みerek同さ同Kohoウtek同しだと6てじ同だせたたた同 体以上 化 ばをker同et同al.同しだとと2じ同だせだっ3同 体 そ 他 候補 化 間違え い 体 数多くあ 考え い
  8. 惑星状星雲 概要 広 構 持 輝く 体 ▶ 星 光

    散乱 い く自 発光 い ▶ 予想 川銀河 そ同だたせたたた同 体 存在 い ▶ 明 い 近傍銀河 あ 惑星状星雲 個別 特 い ▶ 極限環境 同 実験室 同 有用 体 ▶ 宇 空間 あ 同し高真空環境・大 じ 中心 高温 源 コン ト 体 孤立系
  9. 夏 夜空 見え 惑星状星雲 1 枚目ど 2 枚目ど 内 枚目ど

    ネタ ムソ (もtellaィiウm) 画像 量igitized もky もウィェey 写真 (aladin.ウ-stィasbg.fィ/AladinLite/ ) 大口径望遠鏡 科学観測
  10. 惑星状星雲 特徴 広 い 成分同ず同中心 星同し見え い あ じ 周囲

    星 違 色 い 形態 色 星雲 形状 い 球・楕円形同しoェalせ同elliptiをalじ あ 軸 方向 広 同しbi-polarじ 放射状 いく 方向 広 同しmウlti-polarじ 星雲 場所 異 色 い
  11. 惑星状星雲 特徴 広 い 成分同ず同中心 星同し見え い あ じ 周囲

    星 違 色 い 形態 色 星雲 形状 い 球・楕円形同しoェalせ同elliptiをalじ あ 軸 方向 広 同しbi-polarじ 放射状 いく 方向 広 同しmウlti-polarじ 星雲 場所 異 色 い ⇉ 惑星状星雲 形態や色 い バ 豊 体 あ
  12. 惑星状星雲 特徴 小 く 熱い 中心コア 惑星状星雲く中心コ 大 ど同 陽

    同た.ただ同−同た.だ同倍 表面温度ど同3たせたたた同−同だつたせたたた同K 地球 大 ど同 陽 同クた.ただ同倍 表面温度ど同ク3たた同K 陽 大 ど同半径同クてた同万同km 表面温度ど同クつでたた同K
  13. 惑星状星雲 特徴 川銀河 中 分布 分布 もtィasboウィg-EもO 野atalogウe of Galactic

    Planetaィy Nebウlae しAckeィず 1とと2じ in vizier.u-strasbg.fr
  14. 惑星状星雲 特徴 分布 銀河 厚 方向 広 分布 ⇆同Oく型星ど 重く高温

    星. 青い. 銀河面 沿 薄く広 分布. 命 い同しにだたたた万年じ同 生 場所 死 .
  15. 惑星状星雲 特徴 分布 銀河 厚 方向 広 分布 ⇆同Oく型星ど 重く高温

    星. 青い. 銀河面 沿 薄く広 分布. 命 い同しにだたたた万年じ同 生 場所 死 . 分布 惑星状星雲 質量 星 仲間.
  16. 惑星状星雲 作 惑星状星雲 構成 い 要素 大 く分け 同3同 1.

    中心コア 2. ホット 3. ンベ 中心コ 惑星サイ 高温 星
  17. 惑星状星雲 作 惑星状星雲 構成 い 要素 大 く分け 同3同 1.

    中心コア 2. ホット 3. ンベ 中心コ 惑星サイ 高温 星 ホッ バ ル 希薄 超高温 マ
  18. 惑星状星雲 作 惑星状星雲 構成 い 要素 大 く分け 同3同 1.

    中心コア 2. ホット 3. ンベ 中心コ 惑星サイ 高温 星 ホッ バ ル 希薄 超高温 マ エンベロー や ト 豊富 含 領域同し星雲じ
  19. 中心コア 惑星状星雲中心コア 特徴 1. 高温 青 輝 く(Tくクく30,000く−く150,000くK) 2. 希薄

    高 恒星風同しェ同ク同だせたたた同km/sじ 3. 惑星程度 サイ 陽 同クだせたたた同倍 明
  20. 中心コア 星 温度 色 変わ 同し高温 星 青いじ Wienく 変

    則ど (熱放射 ピー 波長)くクく3,000/Tくく m
  21. 中心コア 星 温度 色 変わ 同し高温 星 青いじ Wienく 変

    則ど (熱放射 ピー 波長)くクく3,000/Tくく m だた同万度 星 色 同ク内0 nm同し極端紫外線同ぬ同 ン層 通過 いじ 惑星状星雲同中心コア 多く 物質 囲 い ⇉同紫外線 中性水素原子 応 水素原子 電離 ⇉同紫外線 水素原子 出会わ 進 距離同し 均自由行程じ ℓ ℓ ク 0.0000つ pc a H ✕ ℓ ✕ n = 1 ⇉ ⇉同紫外線 大半 惑星状星雲 外 出 い
  22. らanstra同温度 らanstra同しだと2てじ同 提案 高温 星 温度 推 方法 波長く(色) 高

    ネ ー 紫外線 中性水素原子を電離 再結合 ネ ーを光 変換 ⇉ 長波長 小分け し 放出
  23. らanstra同温度 らanstra同しだと2てじ同 提案 高温 星 温度 推 方法 波長く(色) 高

    ネ ー 紫外線 中性水素原子を電離 再結合 ネ ーを光 変換 ⇉ 長波長 小分け し 放出 再結合線 星 光 強度比 星 温度 決ま
  24. ホット ホット 特徴 1. 惑星状星雲 中心コア 取 囲 う 存在

    2. 極 希薄 電離 塊同し水素原子 密度 同クだ同をm-内じ 超高温同し100く万度 同1く億度く程度じ 3.
  25. ホット ホット 特徴 1. 惑星状星雲 中心コア 取 囲 う 存在

    2. 極 希薄 電離 塊同し水素原子 密度 同クだ同をm-内じ 超高温同し100く万度 同1く億度く程度じ 3. 物質 総量 少 い 可視光 明 寄与 い ⇉同高温 出 い光 観測 ホット 存在 検証 ⇉同2たたた同年頃 観測装置 検証
  26. ンベ 分光学同―同光 成分し色じ 分け 調 SPECTROSCOPY 太陽 (恒星) の可視光線分光スヘキトラ NGC

    7027 (惑星状星雲) の可視光線分光スヘキトラ Images fィom www.stsci.edu/クvolk/
  27. ンベ 分光学同―同光 成分し色じ 分け 調 SPECTROSCOPY Images fィom www.stsci.edu/クvolk/ 輝線スヘキトラ

    原子 開放 放射 光同し炎色 応せ同 ンサインせ同等じ 輝線 色同し波長じ同 調 原子 存在 い わ
  28. ンベ 分光学同―同光 成分し色じ 分け 調 SPECTROSCOPY Images fィom www.stsci.edu/クvolk/ 輝線スヘキトラ

    原子 開放 放射 光同し炎色 応せ同 ンサインせ同等じ 輝線 色同し波長じ同 調 原子 存在 い わ 1と30く年頃ま 輝線 元素 対応がほ わ った ⇉ 惑星状星雲 輝線 応 元素を実験室 測定した輝線 特定 ⇉ nebウliウm 架空 元素 存在ま 考え たほ
  29. ンベ 原子のエネラガヺ順位 原子 原子核同し正 帯電じ同 電子同し負 帯電じ同 同⇉同互い 引 合う

    h し 陽系 う 回転し い 加速度運動 光を放出し ネ ーを失うた 原子 姿を維持 い
  30. ンベ 原子のエネラガヺ順位 原子 原子核同し正 帯電じ同 電子同し負 帯電じ同 同⇉同互い 引 合う

    h し 陽系 う 回転し い 加速度運動 光を放出し ネ ーを失うた 原子 姿を維持 い 原子 物理法則 人間 世界 違う同し量子力学じ 原子同し原子核同さ同電子じ同 あ 特別 条件 満 安 い 固有状態・エネル ー固有状態・エネル ー順
  31. ンベ 原子のエネラガヺ順位 n=1 n=2 n=3 n=4 許容 状態 離散的 通貨

    状態間 移動 光 通貨 遷移 同し=輝線放射じ 光 放出 遷移 条件 あ 光学 移 る 択則 例.く水素原子 エネル ー順
  32. ンベ 原子のエネラガヺ順位 許容 状態 離散的 通貨 状態間 移動 光 通貨

    遷移 同し=輝線放射じ 光 放出 遷移 条件 あ 光学 移 る 択則 条件 満たすも く⇉く 移しやすい・す 光 出す 条件 満たさ いも く⇉く 移し い・時間が る 例.く酸素原子(2く階電離) 禁制 移 3P 1 1D 2 1S 0 3P 2 3P 0 ク500nm
  33. ンベ 原子のエネラガヺ順位 許容 状態 離散的 通貨 状態間 移動 光 通貨

    遷移 同し=輝線放射じ 光 放出 遷移 条件 あ 光学 移 る 択則 条件 満たすも く⇉く 移しやすい・す 光 出す 条件 満たさ いも く⇉く 移し い・時間が る 例.く酸素原子(2く階電離) 禁制 移 3P 1 1D 2 1S 0 3P 2 3P 0 ク500nm ⇉同地球上 う 高圧環境 原子 衝突頻度が高い ⇉同光 放出する前 衝突 っ エネル ー 開放し しまう
  34. ンベ 原子ガス以外からの放射 分子 放射同し水素分子 せ同一酸化炭素 じ 固体微粒子し トじ同 放射 Mz

    内 at 12μm, Image fィom eso.org めing Nebウla in 野alaィ Alto Obseィェatoィy, Image fィom phys.org
  35. 惑星状星雲 銀河 分布 ⇉ 惑星状星雲 軽い星 仲間 Deuνイをhく(1と56じ 軽い星 進化

    漸近巨星分 強烈 ガ 放出 観測 陽風 そく10く億倍 残 星 コア 縮 高温
  36. 惑星状星雲 銀河 分布 ⇉ 惑星状星雲 軽い星 仲間 Deuνイをhく(1と56じ 軽い星 進化

    漸近巨星分 強烈 ガ 放出 観測 陽風 そく10く億倍 残 星 コア 縮 高温 惑星状星雲 軽い星 進化した姿 あ 温 大 く膨 漸近巨星分 星 高温 コン ト 白色 星 ⇉同惑星状星雲 同2同 相 中間 置
  37. 惑星状星雲 陽質 恒星 進化モ 陽 質量 持 恒星 う 運命

    starinabox.lco.global同 使用 い 計算結 可視化
  38. 惑星状星雲 質量放出 in 漸近巨星分枝期 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状

    分布 ガ 膨張速度 ク内0 km/s 1. Image fィom同Cox et al. (2012), A&A, 537, 35
  39. 惑星状星雲 中心コアの進化と収縮 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状 分布 ガ

    膨張速度 ク内0 km/s 1. 中心コア 縮同さ同高 同しクだせたたた同km/sじ同 恒星風 吹く 2.
  40. 惑星状星雲 中心コアの進化と収縮 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状 分布 ガ

    膨張速度 ク内0 km/s 1. 中心コア 縮同さ同高 同しクだせたたた同km/sじ同 恒星風 吹く 2. 高 恒星風 濃い 壁 衝突 3.
  41. 惑星状星雲 中心コアの進化と収縮 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状 分布 ガ

    膨張速度 ク内0 km/s 1. 中心コア 縮同さ同高 同しクだせたたた同km/sじ同 恒星風 吹く 2. 高 恒星風 濃い 壁 衝突 3. (ヨバヺスヹショッキ) 恒星風 返 超高温 4.
  42. 惑星状星雲 中心コアの進化と収縮 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状 分布 ガ

    膨張速度 ク内0 km/s 1. 中心コア 縮同さ同高 同しクだせたたた同km/sじ同 恒星風 吹く 2. 高 恒星風 濃い 壁 衝突 3. (ヨバヺスヹショッキ) 恒星風 返 超高温 4. 中心 高温 満 5. (ベットバブラの形成)
  43. 惑星状星雲 中心コアの進化と収縮 活発 質量放出 ・ ト 覆わ 状 分布 ガ

    膨張速度 ク内0 km/s 1. 中心コア 縮同さ同高 同しクだせたたた同km/sじ同 恒星風 吹く 2. 高 恒星風 濃い 壁 衝突 3. (ヨバヺスヹショッキ) 恒星風 返 超高温 4. 中心 高温 満 5. (ベットバブラの形成) 中心コア 紫外線 ンベ 再成形 6.
  44. 惑星状星雲 球形 い同し軸 持 じ同惑星状星雲 形成 ⇉同 説 提唱 い

    同し濃い円盤・連星進化・ じ 濃い 盤 阻ま 自転し ッ を噴く
  45. 惑星状星雲 球形 い同し軸 持 じ同惑星状星雲 形成 ⇉同 説 提唱 い

    同し濃い円盤・連星進化・ じ 濃い 盤 阻ま 自転し ッ を噴く
  46. 惑星状星雲 球形 い同し軸 持 じ同惑星状星雲 形成 ⇉同 説 提唱 い

    同し濃い円盤・連星進化・ じ Image fィom spacetelescope.org (NAもA/Hウbble)
  47. 惑星状星雲 球形 い同し軸 持 じ同惑星状星雲 形成 ⇉同 説 提唱 い

    同し濃い円盤・連星進化・ じ Image fィom spacetelescope.org (NAもA/Hウbble) Embeded Image by Kentaro Asano (量enェeィ Uniェ.)
  48. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ
  49. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ FLIER の例 (NGC 6826)
  50. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ Cometary Knots の例 (NGC 7293)
  51. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ 進 構 理解 1. 感度 高い観測 輝度 い構 捉え 2. 惑星状星雲 同3同次元的 構 復元
  52. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ 進 構 理解 1. 感度 高い観測 輝度 い構 捉え 2. 惑星状星雲 同3同次元的 構 復元 NGC 6781 の三次元構造 Images fィom Schwarz & Monteiro (2006), ApJ, 648, 430
  53. 惑星状星雲 惑星状星雲 構 完全理解 道 長い マ ロス ラ チャ

    Fast同ほoエ-へoni矮ation同Emission同めegion同し高 電離発光域じ ひometar短同Knots同し彗星状 塊じ Bipolar同めotating同Eposoんiを同べet同し回転 極突発 ットじ 進 構 理解 1. 感度 高い観測 輝度 い構 捉え 2. 惑星状星雲 同3同次元的 構 復元 Image fィom Steffen, 2016 J. Phys.: Conf. Ser. 728, 032005
  54. わ 中心コ ・ ッ バ ・ ン ロー 体 中小質

    星 進化段階 ひ 川銀河 そ 10,000 体 存在 考え い 惑星状星雲 し 命 そ 10,000 程度 多種多様 形状 星風 相互作用 結果 惑星状星雲 成 立ちを理解 こ 1. 星 進化 末期を正しく理解 こ 2. 銀河 け 物質 循環を理解 こ