物理学第12回
Summary
TLDR皆さん、こんにちは。今回と次回の授業では、宇宙における構造、特に銀河の形成について説明します。今回は星の形成と密度ゆらぎについて学びます。宇宙における構造は階層的で、星、銀河、大規模構造が存在します。星は銀河内部のガスから生まれ、銀河は原子銀河運から形成されます。密度ゆらぎは宇宙の初期に生まれ、重力不安定性により成長します。この過程で密度が高い部分が銀河や大規模構造を形成します。次回はこの仮説と観測結果の比較について説明します。
Takeaways
- 🌌 宇宙には階層的な構造があり、星や銀河、そしてさらに大きな構造が存在します。
- 🌟 星の形成は銀河内のガス、特に水素原子から始まります。
- 💧 銀河内の水素は原子状態で存在し、密度の高い部分では水素分子に結合する傾向があります。
- 🔍 分子雲と呼ばれる密度の高いガスの塊から星が形成されると考えられています。
- 🌌 銀河は原初のガスの集まり、原子銀河雲から形成されていきます。
- 🌀 宇宙の構造形成は宇宙の背景放射の晴れ上がり後に始まります。
- 🌊 密度ゆらぎは宇宙の初期段階で形成され、宇宙の晴れ上がり後に拡大していきます。
- 🌐 重力不安定性により、密度の高い領域はより密度を増し、銀河や大規模構造の元になる。
- 🚀 原子銀河雲は約10億年後に形成され、星の形成を促進する。
- 🔮 密度ゆらぎの成長過程は重力不安定性の仮説に基づいており、今後の観測と理論の比較が行われる予定です。
Q & A
宇宙における構造形成とは何ですか?
-宇宙における構造形成とは、星や銀河、そして大規模構造がどのように形成されるかという現象を指します。これは階層的で、小さな星から銀河、そしてさらに大きな構造へと進化していきます。
星の形成に必要な材料は何ですか?
-星の形成に必要な材料は、主に銀河内部のガスで、特に水素原子が主成分です。密度が高くなった部分では、水素分子が形成され、分子雲と呼ばれるものから星が生まれます。
原子銀河運とは何を意味していますか?
-原子銀河運とは、ある程度の規模を持つガスの集まりを指し、多くの星がこの中で生まれ、最終的には銀河を形成します。
密度ゆらぎとはどのような現象ですか?
-密度ゆらぎとは、宇宙空間のある部分で平均よりも密度が高いり低いりする不均一性です。これは宇宙の初期段階で形成され、重力不安定性によって成長していきます。
重力不安定性とは何ですか?
-重力不安定性とは、物質の密度が高い部分がより強く重力を持ち、宇宙の膨張に対してブレーキをかけることで、その部分の密度をさらに高める現象です。
宇宙の晴れ上がりとは何を意味していますか?
-宇宙の晴れ上がりとは、宇宙の初期段階で発生した光が自由に移動できるようになった時点を指します。これは宇宙の構造形成に重要な影響を与えます。
原子銀河運が形成されるまでの時間はどのくらいですか?
-原子銀河運が形成されるまでの時間は、宇宙が始まってから約10億年後のと考えられています。
宇宙の初期段階でできた密度ゆらぎの大きさはどのくらいでしたか?
-宇宙の初期段階でできた密度ゆらぎは非常に小さく、密度が平均より高い部分と低い部分との差がわずかでした。
宇宙の構造形成はどのように階層的に行われますか?
-宇宙の構造形成は階層的に行われ、まず密度ゆらぎが成長し、原子銀河運が形成され、その後銀河が形成され、さらに大きなスケールの構造へと進化していきます。
宇宙の構造形成の過程で観測された現象や予測はどのようにして検証されますか?
-宇宙の構造形成の過程で理論的に予測された現象は、観測データをもとに検証されます。例えば、宇宙の背景放射や重力透鏡効果などを観測し、理論と比較することで検証が行われます。
Outlines
🌌 宇宙の構造形成と銀河の誕生
第1段落では、宇宙における構造形成と銀河の誕生について説明されています。宇宙には階層的な構造があり、星、銀河、そして大規模構造が存在すると触れられています。星の形成は銀河内のガスを材料として、特に水素原子が中心となります。密度の高くなった部分が分子雲となり、星が形成される過程が解説されています。
🌌 原子銀河の形成と密度ゆらぎ
第2段落では、原子銀河の形成過程と密度ゆらぎの役割が説明されています。原子銀河は一定の規模を持つガスの集まりであり、多くの星が生まれる場所です。密度ゆらぎは宇宙の初期段階で形成され、重力不安定性によって成長し、最終的に原子銀河運が形成される過程が語られています。
🌌 重力不安定性と大規模構造の形成
第3段落では、重力不安定性が密度ゆらぎをどのように成長させ、大規模構造を形成するのかが解説されています。物質の密度が高い部分では重力が強く、膨張に対するブレーキ効果があり、密度がさらに高くなっていくというフィードバックループが説明されています。これにより、原子銀河運やさらに大きな構造が形成される過程が理解できます。
🌌 密度ゆらぎの研究と今後の展望
第4段落では、密度ゆらぎの研究がどのように進められ、今後どのような観測や理論的予測が行われる予定かが示されています。密度ゆらぎは宇宙の初期段階から始まり、重力不安定性によって成長し、宇宙の構造形成に寄与していることが強調されています。
Mindmap
Keywords
💡宇宙の構造
💡星の形成
💡銀河の形成
💡密度ゆらぎ
💡重力不安定性
💡宇宙の晴れ上がり
💡原始銀河雲
💡分子雲
💡大規模構造
💡クオークからハドロンへの相転移
Highlights
物理学1第12回の授業では、宇宙における銀河のような構造の形成について説明します。
宇宙の構造は階層的で、星や銀河、そして大規模構造がそれぞれ小さいものから大きいものへと形成されています。
星の形成は銀河内部のガス、特に水素原子から始まります。
密度の高い部分では水素原子が水素分子に変化し、分子雲が形成されます。
星は密度の高い分子雲から生まれると考えられています。
銀河の形成は原子銀河雲から始まり、多数の星が生まれて銀河を形成します。
原始銀河雲は密度ゆらぎによって形成されたとされています。
密度ゆらぎは宇宙の初期段階に形成され、宇宙の晴れ上がり後に成長し始めます。
重力不安定性は密度ゆらぎの成長をもたらし、物質の密度の差が大きくなることで進化します。
宇宙の膨張に対する重力の影響により、密度の高い部分はより膨張を抑えることができます。
密度ゆらぎは時間が経つにつれて成長し、最終的には原子銀河雲を形成する。
原子銀河雲ができたのは宇宙が始まってから約10億年後と考えられています。
密度ゆらぎの成長は重力不安定性の仮説に基づいており、これは観測と比較されるべきです。
宇宙の構造形成の問題は、宇宙の晴れ上がりの後に始まったとされています。
星や銀河、大規模構造の形成は階層的であり、それぞれがどのように形成されるかを理解することは重要です。
宇宙の初期段階での密度ゆらぎは、その後の構造形成に重要な役割を果たします。
重力不安定性は宇宙構造形成の鍵であり、密度ゆらぎを通じて物質の集積を促進します。
原子銀河雲の形成は宇宙の膨張と重力のバランスの結果であり、これが銀河の基礎を形成します。
密度ゆらぎの成長過程は、宇宙の構造形成の理解に不可欠な要素です。
Transcripts
皆さん
こんにちは物理学1第12回の事業を始め
ます今回と次回の2回にわって宇宙におい
て銀河のような構造がどのように形成され
たのかということについて説明し
ます今回の内容
は宇宙における
構造星の
形成密度ゆらぎ
です宇宙において構造を持ったものといえ
ば
星
銀河大規模構造が上げられます
このリストで
は左のものほど
小さく右のものほど大きいわけです
がそれだけで
なく多数の星によっ
て銀河が作ら
れ多数の銀河によっ
て大規模構造が作られて
いるという関係になってい
ますこのことを宇宙における構造は階層的
であると言い
ますなお今回も単に星という場合は構成の
ことを意味するものとし
ますまた大規模構造にについては第6回の
最後の方で説明しまし
たこのリストのようなもの
がどのようにしてできたのかという問題
を宇宙における構造形成の問題と言います
宇宙における構造形成の問題と呼び
ます前回宇宙の晴れ上がりについて説明し
ました
が晴れ上がりの時点で
はこのリストのような構造はなかったと
思われるの
で宇宙における構造形成
は宇宙の晴れ上がりの後であったであろう
ということになり
ます
まず星の形成について説明し
ます星を作る材料となるのは銀河内部の
ガス
です銀河内部のガス
は水素原子
水素原子を主成分とするものが多くなって
い
ます理科の実験で発生させたりする水素
ガスは水素原子2個からなる水素分子から
できています
が銀河内部の水素は種として水素分子では
なく水素原子で水素であるわけ
ですしかしガスの
うち密度が高くなった部分密度が高くなっ
た部分
は水素分子を手性分とするようになり
ますこのように水素分子を性分とするガス
水素分子を主性分とするようなガスの塊を
分子運と言い
ます分子運のうち特に密度が高高くなった
部分から星が生まれると考えられています
次は銀河の形成
です銀河の元になったの
は原子銀河
運原子銀河運というものであると考えられ
ます原子銀河運というのはある程度の規模
を持ったガスの集まりです
この原子銀河運の中で多数の星が
生まれ原子
銀河になりまし
た
そして原子銀河の中でさらに星の形成が
進み合体により規模が大きく
なり銀河になりまし
たそれでは原始銀河軍はどのようにして
できたのでしょう
かその元となったの
が密度
ゆらぎというものであったと考えられてい
ます
密度ゆらぎというの
は密度のでこぼこ
ですつまり空間の中のある部分では平均に
比べて密度が高くなり別の部分では平均に
比べて密度が低くなっている状態を密度
揺らぎと言います
密度ゆらぎが最初にできたの
は宇宙の極
初期であると考えられ
ますここでごく初期と述べているのは第
10回で出第10回で出てきたクオーク
からハドロンへという出来事が起こっ
時期宇宙が始まってから約10のマイナ4
畳秒後よりもさらに前であると思って
ください宇宙の極初期にできた密度ゆらぎ
はわずかなものであったと考えられ
ますすなわち
密度が平均より高い部分と平均より低い
部分との差が小さかったということ
ですこのようにできた密度ゆらぎは宇宙の
晴れ上がりの時点まではさほど変化し
なかったと考えられてい
ます
しかし宇宙の晴れ上がり以降
物質の密度ゆらぎ
は重力不安定性というものによっ
て成長していきまし
たこの重力不安定性については次の
スライドで説明し
ます密度ゆらぎが成長するというの
は物質の密度が平均より高い部分と平均
より低い部分との差が大きくなっていく
ことを言い
ます物質の密度ゆらぎが成長しやがて密度
が平均に比べて特に高くなった部分
から原子銀河運が生まれまし
た
またさらにスケの大きな密を
ぎさらにスケールの大きな密とゆらぎは大
規模構造の元になりまし
た重力不安定性というのは次に述べるよう
なこと
です宇宙の中
で物質の密度
が平均よりも高い平均より高い部分を考え
ます宇宙の中で物質の密度が平均より高い
部分を考え
ます物質の密度が平均より高いということ
はその部分の重力が平均よりも強いという
こと
です重力は宇宙の膨張にブレーキをかける
役割を果たすの
で重力が平均よりも強い部分に
は膨張に対して平均よりも強いブレーキが
かかり
ますその結果物質の密度は平均に比べて
より高くなります
するとますますその部分の重力は平均より
も強く
なりますます膨張に対して強いブレーキが
かかりその結果ますます物質の密度は平均
に比べて高くなり
ます逆に物質の密度が平均より低い部分を
考えると上に述べたのとは正反対の
メカニズムが
働きますます物質の密度は平均よりも低く
なり
ます以上のようにして密度ゆらぎが成長し
ていくのが重力不安定性です
以上述べたことを図で説明したのがこの
スライド
です宇宙の
時間と書いてあるのは宇宙が始まってから
の経過時間
です30万年と書いてあるのは宇宙の
晴れ上がりの時点に対応しています
先ほどのスライドで述べたように密度
ゆらぎが最初にできたのは宇宙のごく初期
であったと考えられるわけです
が宇宙の晴れ上がりまでは密度ゆらぎには
さほどの変化がなかったの
で密度ゆらぎの成長が始まる時点という
意味で宇宙の晴れ上がりの時の状態が書か
れています
宇宙の晴れ上がりの時に
は物質の密度揺らぎは小さいものでし
たすなわち
物質の密度が平均よりも高い部分
と平均より低い部分との差は小さかったの
ですしかし時間が経過するとともに
重力不安定性に
より物質の密度が平均より高い部分は
ますます平均よりも高く
なり物質の密度が平均より高い部分は
ますます平均より高く
なり物質の密度が平均より低い部分は
ますます平均により低くなっていきまし
たこれが密度ゆらぎの成長
ですさらに時間が経過すると物質の密度が
平均より非常に高い部分が
できそこが宇宙における最初の天体である
原子銀河運になりまし
たこの原子銀河運ができたのは宇宙が
始まってから約10億年後であろうと考え
られてい
ますこの重力不安定性による密度揺らぎの
成長というのは以上述べた限りにおいては
仮説
ですこの仮説から理論によってどのような
予言が引き出されそれと比較されるべき
観測はどのようなものであったかについて
次回に説明し
ます今回の内容
は宇宙における
構造星の
形成密度ゆらぎでし
たそれではこれで今回の事業を終わります
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