現在をうろうろ(174)

 宇宙は不思議な空間・・・理解できない事は悲しい事で・・・

 宇宙の瞬間湯沸かし器 「すざく」が迫る無衝突衝撃波の謎 なんって表題を見ると気になりますね ティコ・ブラーエの超新星残骸 ってページですけどね。瞬間湯沸かし器ねぇ・・・通り抜ける時に加熱される、無衝突の衝撃なんって・・・何と魅力的なフレーズ・・・中身が知りたくなりますね。

 442年前に爆発した「ティコ・ブラーエの超新星残骸」の衝撃波において、気体中の電子が約2億度まで瞬間的に加熱されている証拠を世界で初めて捉えました・・・衝撃波が通過すると、気体中の分子が高温になる?なんで・・・

 そもそも、衝撃波って何なの?ってね・・・空気中で起こる衝撃波ってのは、空気の圧縮の帯というか疎密が伝わって行く・・・真空の宇宙空間での疎密波?衝撃波てのが理解できない・・・「すざく」はX線衛星ですね・・・X線で観測したものか・・・短い波長の電磁波を観測している・・・442年前に爆発して、現在観測されている前縁部分は20光年ほどに広がっている?電磁波の速度は光の速度・・・422年で20光年ってことは、物質が広がっている?光速の5%程度の速度で?422年前に電磁波は地球を通り過ぎている・・・そして、422年で強く加熱されている部分が20光年ほどに広がっているか・・・

 う・・・衝撃波の正体が分かりませんね・・・現象としては、爆発地点から何らかのエネルギーが光速の5%程度の速度で広がっていて、この衝撃波が通り過ぎた所にあった気体原子中の電子が励起されて熱エネルギーを発生、その結果X線を放っている?ってことかね?発しているX線からすると、その温度は5千度から2億度になっているはず・・・と、ポイントから概要までの記述で、私は妄想したわけです・・・ふむ、こんな高い温度だと電子はおとなしく原子の枠組みの中に納まっていられるのかね?納まっていられないからX線が発生するのかね?・・・知らない事が沢山ありますね。とはいうものの・・・放射温度計なんってものを普段振りまわして、部屋の様々な部分の温度を計って遊んでいますから、基本概念は理解できていると思いますね・・・物質の温度が上昇すると、物質から電磁波が発せられる・・・黒い鉄の球を温めると、赤外線が発し、さらに加熱すると赤くなって、もっと気合を入れて加熱すると白くなって行く・・・温度が上昇するにつれて、波長の短い光を発するという事ですね。X線は極めて波長の短い電磁波でそれを使って観測したから・・・X線を発するような温度になっている・・・

 なんだか、X線管の話みたいですね・・・X線の発生装置のX線管は、陰極から電子を飛ばして、その電子をターゲットとなる物質を構成している原子の中の電子を叩いてK核でうろうろしている1s軌道の電子をL核の2s軌道に移すとか・・・そういった事で特定の波長のX線が発生するというやつみたいな話かね?

 もしそうなら・・・宇宙空間をうろついている気体分子に、超新星爆発で飛び散った電子が光速の5%程度の速度で移動してきてぶつかって、X線を放出している?ってことは・・・ここでの自由電子の速度は普通にX線を発生させるときには・・・X線管って30keV程度の電子の流れでしたっけ?・・・光速の5%程の速度の電子流だったらどのくらいの波長のX線が出るのかね?・・・知識の限界・・・公式がありましたよね・・・

 X線って制動X線なんってのもありますね・・・放射線・・・ベータ線でしたっけ?物質によって速度が落ちる時に制動放射ってやつが起こる奴・・・磁場でも速度が落ちればX線を出しましたね・・・放射性物質を保管する箱から違う種類の放射線が出たりと面倒な話になる奴ですね。

 さて、解説を眺めてみると・・・あちゃ、外れたみたいです。・・・粒子同士が電磁場という遠隔的な力を介して互いに引き寄せ合い、気体全体の圧縮が実現・・・だって・・・

 この超新星は、鉄を大量に生成するIa型超新星・・・だってことは・・・白色矮星の爆発によって生じたのだから・・・太陽ぐらいの大きさの恒星で、それが水素ヘリウムサイクルの結果、中心部にヘリウムが溜まることで小さくなって、温度が上昇して温度上昇で大きく膨張して、表面の温度が下がるために外から見ると大きく赤い星になるので、こいつを赤色巨星というんでしたね。それの中心核の部分が残って白色矮星になる。そして、その白色矮星の重力によって引き寄せられた水素が蓄積して質量は増加するし、再び核融合が開始されると増加した質量で圧縮・・・やがて原子が電子同士の反発力で段々独立を保てなくなって・・・核融合が炭素などの重い物質にも起こり・・・発生するエネルギーが重力によって支え切れなくなると爆発して、物質を周囲にまき散らす・・・こんな感じでしたっけ?古い知識の総動員・・・あてにならないなぁ〜

 研究手法の続きは・・・超新星残骸の衝撃波には、周辺の宇宙空間に向かって拡がる「外向き衝撃波」と、爆発前の星を構成していた物質中を伝搬する「内向き衝撃波」の2種類があります・・・か、内向きの衝撃波の概念が理解できない・・・図を見ても理解できない・・・爆発から生じた衝撃波が内向きに進むものがある?広がろうとするものがなぜ内向きに運動エネルギーを持つ事になる?この時点で・・・私の脳みそでは理解できない事が判明・・・でも、気を取り直して図を見ると・・・鉄の原子がばらまかれている所に衝撃波がやってくるというシナリオのようですね。

 そうなると・・・超新星爆発で非常な速度で飛び散った物質が希薄に存在している所に、光速の5%程の速度で広がりつつある衝撃波が、超新星爆発で飛び散った鉄原子を励起して・・・・違うみたい・・・分からない・・・私は馬鹿だな・・・気を取り直して・・・ちょっと、図の解説部分を引用して精査するぞ・・・

 超新星残骸には2種類の衝撃波が存在する。「外向き衝撃波」(順行衝撃波とも呼ばれる)は宇宙空間に向かって拡がり、「内向き(逆行)衝撃波」は親星の構成物質中を伝わりながら爆発中心に向かう。

 まず、この文章の意味が理解できない・・・2種類の衝撃波・・・順行衝撃波は理解というか、これは普通の現象ですね。爆発の中心から衝撃が広がって行く・・・逆行衝撃波が不明・・・逆行衝撃波=内向きの衝撃波を私の頭は理解できない・・・広がりながら内へ向く?図がね・・・この図が理解できない・・・私の頭の中は小学生並なんで、この図を見ると、鉄の輪を加熱して膨張させると、鉄の輪の内径も大きくなると自動的に考えてしまいますから・・・外向きの衝撃波によって加熱された鉄は素早く冷える?冷えた鉄がその外側の高温部分によって融けて高温になってそれによって内向きの衝撃波を生じる?理解の限界を越えています・・・続きを読めば明確になるのか?

 内向き衝撃波と点線(接触不連続面と呼ばれる)に挟まれたピンク色の領域には、内向き衝撃波で加熱された暖かい電子が多数存在する。爆発前(爆発中を含む)の星が生成した元素は、この領域で暖かい電子によって溶かされ(電離され)、X線輝線を放射する。

 図が理解できない・・・衝撃波は爆発した所から広がるもので、衝撃波の前縁で加熱されるのは理解・・・内向きの衝撃波はこの前縁部分から内向きに逆行するように広がる・・・外向きの衝撃波で一旦高温になった鉄が冷えたものが、外向きの衝撃波の前縁から発した内向きの逆行する衝撃波で再加熱されるという事かね?X線輝線を発する・・・X線輝線という事は、特定の波長のものですから・・・制動放射によるX線ではない事になりますね・・・鉄原子が電子によって励起されてX線を発している?・・・多分、このような事が書かれていると・・・ひ弱な脳みそは読み解いていますが・・・私の理解の彼方・・・

 内向き衝撃波はその名の通り超新星残骸の外から内へと進むため、外側に分布する元素ほど暖かい電子に晒された時間が長い。したがって右図のように、外側の元素(ここでは鉄)ほど、よく溶けた状態にある。内向き衝撃波の位置を特定するためには、溶けはじめの鉄だけが出す輝線を捉えなければならない。

 う・・・外側の方が暖かい電子にさらされた時間が長い?衝撃波だから、物質そのものの移動は無いから、前縁部が生み出した内向きの衝撃波は内側にある物ほど長時間さらされているのではないのかね?・・・ああ、私の脳みそでは天体物理学は無理なような気がしてきました。

 ・・・分からないけど読み進むしか無いね・・・内向き衝撃波は、その外向き衝撃波と比べてマッハ数が大きく、磁場が弱い事が知られている・・・マッハ数ときたか・・・ん?マッハ数って媒質の話ですよね。真空の宇宙空間には媒質は無いから、空気中の衝撃波とは別物ですね。この真空中でのマッハ数の意味は?衝撃波は物質的なものではないと、私が解釈したことが間違っていた?ほぼ、真空に近い気体の中での疎密波の伝播の話だったのかね?注がある・・・宇宙空間での音速は気体の温度や組成に依存するため単純ではありません。ティコの超新星残骸の場合、外向き衝撃波のマッハ数は300程度、内向き衝撃波のマッハ数は少なくとも1000以上と見積もられています・・・希薄な気体中のマッハ数ね・・・気圧が低くなるとマッハ数が示す速度は小さくなり、気温が低くなると小さくなるから・・・宇宙空間でのマッハ数が示している速度は極めて低くなる・・・標準大気で340m/秒程度ですから・・・宇宙空間でのマッハ数の速度は非常に小さい?大気中で考えても音速の1000倍ってことは秒速340000m/秒これでも、桁違いに小さすぎないかね?それに、同じ媒質なはずなのにマッハ数が向きによって違うなんって?益々分からなくなってきた・・・いや、外側の方が希薄だから・・・益々分からん・・・

 内向きの衝撃波の方が早かったら・・・内向きの衝撃波の前縁は・・・爆発の中心を通りこして、直ぐに外向きの衝撃波の前縁を追い越しそうな気もするが・・・私の頭では理解不能?内向きの衝撃波が外向きの衝撃波より早いとなると・・・爆発した瞬間はどんな事になっているのやら?内向きが中心を通り越して外向きを内向きが追い越して内向きが無くなる?私の想像力の限界を越えている・・・あ!ぐるぐる回ってる・・・

 物質の密度も低いので、より理想的な「無衝突状態」が実現しています。そのような極限環境にある衝撃波の性質を調べることで、その発生メカニズムに強い制限を与えられるのです。

 理想的な無衝突状態であるなら、マッハ数の意味があるのか?なんって考えちゃいます・・・無衝突・・・気体原子同士の相互作用の話なのか?真空に近い所での気体原子の揺らぎの連鎖?で、電磁相互作用か?電磁相互作用にマッハ数?・・・駄目だ・・・私の頭ではついていけない・・・えい、奥の手・・・成果を生み出すのに使った観測データの部分を読むか・・・

 ティコの超新星残骸のX線スペクトルを示します。2本ある鉄輝線のうち、左側の強い輝線が「よく溶けた鉄」からのシグナル、右側の弱い輝線が「すざく」が初めて捉えた「溶けはじめの鉄」からのシグナルです。

 よく溶けた鉄のX線のエネルギーは6.4keVぐらいで、溶け始めの鉄のX線エネルギーが7.1keVぐらいで鉄のスペクトルが2つに分かれているということからのものですかね?クロム・マンガン・ニッケルは衝撃波の影響を受けない?それとも、鉄以外の物については有意なシグナルが認められないという事ですかね?

 ああ、結局頑張ったけどわかんない・・・頭が固いのか・・・光の速度で電磁波が先行して、その後を物質が、そしてのろのろと衝撃波がまき散らされた物質の中を伝わってくるという事のようですね。

 ああ、分からない・・・分からないってのは悔しいですね。いいや、私の仮説を立てて対抗しちゃおう!

 超新星爆発で光とともに飛び出した電子の速度は遅くて、光が地球に到達してから400年余りでその最前縁は20光年しか進んでいない。超新星から飛び出した電子は、その発生のメカニズムからの違いによって色々な種類の速度のものがあった。この何層にもなった電子の広がりの雲が、宇宙空間に浮かぶ微量の原子を刺激して多量のX線を放出している。速度の差が小さな電子もので大きく励起されて2つのスペクトルを出す物質として鉄があって、先に広がってきて鉄を励起して6.4keVXの線を発するの電子の雲の前縁を基準にすると、遅い方の7.1keVのX線を発する電子の雲は時間とともに遅れが大きくなっている。その鉄の2つのスペクトルが「すざく」で観測された・・・あれ?電子の雲だけじゃないな・・・素粒子の雲とすべきか?遅い奴は電子じゃなくて大きな質量を持っているとか?それとも電子密度が高いとか?まあいいや・・・一応、外向きの衝撃波を基準に内向きの衝撃波のように見える理由もあるし、X線を絡めての考察の振りができたと思いますが・・・電子の雲なんって駄目かね?打ち上げ花火で星が飛び散る様子をイメージして八重心変化菊銀波降雪・・・似てると思うのだが・・・駄目かな?考えたふりができたからOK、それに、残念なことに一生懸命考えても、私にとってはあまり意味のない事ですからね・・・でも、この研究成果で2時間遊べたからいいでしょう。久々に頭を熱くなるほど使いました(本当に熱くなったよ・・・)・・・鉄の原子はどんなだったっけ?あきらめが悪いなぁ・・・宇宙は面白い・・・前向きに進みながら後ろ向きに進む衝撃波か・・・温められた後で温まる不思議な鉄原子・・・わ!戻ると長くなる・・・今日はこれでおしまい、そのうち・・・超新星爆発の型の名称は面白くないね。花火みたいな命名法の方が面白い・・・こんな事を言ってるから学者になりそこねたのかもしれない・・・

2014.06.02

  

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