第20章星と星の間――宇宙のガスと塵Between the Stars: Gas and Dust in Space

Identify several dark nebulae in photographs in this chapter. Give the figure numbers of the photographs, and specify where the dark nebulae are to be found on them.

この章の写真で、暗黒星雲をいくつか見つけよう。写真の図番号を挙げ、画像のどこに暗黒星雲があるかを示そう。

Why do nebulae near hot stars look red? Why do dust clouds near stars usually look blue?

高温の星の近くの星雲は、なぜ赤く見えるのか。星の近くの塵の雲は、なぜ普通は青く見えるのか。

Describe the characteristics of the various kinds of interstellar gas (HII regions, neutral hydrogen clouds, ultra-hot gas clouds, and molecular clouds).

星間ガスの各種類、すなわちH II領域、中性水素雲、超高温ガス雲、分子雲の特徴を述べよう。

Prepare a table listing the different ways in which dust and gas can be detected in interstellar space.

星間空間の塵とガスを検出する、さまざまな方法を表にしよう。

Describe how the 21-cm line of hydrogen is formed. Why is this line such an important tool for understanding the interstellar medium?

水素の21 cm線が生じる仕組みを述べよう。星間物質の理解にとって、この線が非常に重要な手段なのは、なぜか。

Describe the properties of the dust grains found in the space between stars.

星々の間の空間にある、塵の粒の性質を述べよう。

Why is it difficult to determine where cosmic rays come from?

宇宙線がどこから来るかを突き止めるのは、なぜ難しいのか。

What causes reddening of starlight? Explain how the reddish color of the Sun’s disk at sunset is caused by the same process.

星の光の赤化は、何によって起こるか。日没時に太陽の円盤が赤くなることも、同じ過程によると説明しよう。

Why do molecules, including H₂ and more complex organic molecules, only form inside dark clouds? Why don’t they fill all interstellar space?

H₂や、より複雑な有機分子を含め、分子はなぜ暗い雲の内部でしかできないのか。なぜ星間空間全体を満たしていないのか。

Why can’t we use visible light telescopes to study molecular clouds where stars and planets form? Why do infrared or radio telescopes work better?

星や惑星が生まれる分子雲の研究に、なぜ可視光望遠鏡を使えないのか。赤外線望遠鏡や電波望遠鏡のほうが役立つのは、なぜか。

The mass of the interstellar medium is determined by a balance between sources (which add mass) and sinks (which remove it). Make a table listing the major sources and sinks, and briefly explain each one.

星間物質の質量は、質量を加える供給源と、質量を取り除く吸い込み先の釣り合いで決まる。主な供給源と吸い込み先を表にし、それぞれを短く説明しよう。

Where does interstellar dust come from? How does it form?

星間塵はどこから来るのか。どのようにできるのか。

Figure 20.2 shows a reddish glow around the star Antares, and yet the caption says that is a dust cloud. What observations would you make to determine whether the red glow is actually produced by dust or whether it is produced by an H II region?

図20.2では、アンタレスの周りに赤みがかった輝きが見えるが、説明文には塵の雲だとある。赤い輝きが、実際に塵によるのか、H II領域によるのかを判断するには、どんな観測を行うだろうか。

If the red glow around Antares is indeed produced by reflection of the light from Antares by dust, what does its red appearance tell you about the likely temperature of Antares? Look up the spectral type of Antares in Appendix J. Was your estimate of the temperature about right? In most of the images in this chapter, a red glow is associated with ionized hydrogen. Would you expect to find an H II region around Antares? Explain your answer.

アンタレスの周りの赤い輝きが、本当に塵によるアンタレスの光の反射だとすると、その赤い姿は、アンタレスの温度について何を教えるか。付録Jで、アンタレスのスペクトル型を調べよう。温度の推定は、だいたい正しかっただろうか。この章の画像の大部分では、赤い輝きは電離水素と関係している。アンタレスの周りにも、H II領域があると予想するか。理由を説明しよう。

Even though neutral hydrogen is the most abundant element in interstellar matter, it was detected first with a radio telescope, not a visible light telescope. Explain why. (The explanation given in Analyzing Starlight for the fact that hydrogen lines are not strong in stars of all temperatures may be helpful.)

中性水素は、星間物質で最も多い元素であるにもかかわらず、最初に検出したのは、可視光望遠鏡ではなく電波望遠鏡だった。理由を説明しよう。「星の光を分析する」にある、水素の線が、あらゆる温度の星で強いわけではない理由の説明が、役立つかもしれない。

The terms H II and H₂ are both pronounced “H two.” What is the difference in meaning of those two terms? Can there be such a thing as H III?

H IIとH₂は、英語ではどちらも「エイチ・トゥー」と発音する。意味はどう違うか。H IIIというものは、ありうるだろうか。

Suppose someone told you that she had discovered H II around the star Aldebaran. Would you believe her? Why or why not?

ある人が、アルデバランの周りにH IIを発見したと言ったとしよう。その話を信じるか。信じる、または信じない理由は何か。

Describe the spectrum of each of the following:

次のそれぞれのスペクトルを述べよう。

According to the text, a star must be hotter than about 25,000 K to produce an H II region. Both the hottest white dwarfs and main-sequence O stars have temperatures hotter than 25,000 K. Which type of star can ionize more hydrogen? Why?

本文によると、H II領域を作るには、星は約2万5000 Kより高温でなければならない。最も高温の白色矮星も、O型の主系列星も、これを超える温度を持つ。どちらの種類の星が、より多くの水素を電離できるか。それはなぜか。

From the comments in the text about which kinds of stars produce emission nebulae and which kinds are associated with reflection nebulae, what can you say about the temperatures of the stars that produce NGC 1999 (Figure 20.13)?

どんな星が輝線星雲を作り、どんな星が反射星雲に関わるかという、本文の説明から、NGC 1999（図20.13）を輝かせる星々の温度について、何が言えるか。

One way to calculate the size and shape of the Galaxy is to estimate the distances to faint stars just from their observed apparent brightnesses and to note the distance at which stars are no longer observable. The first astronomers to try this experiment did not know that starlight is dimmed by interstellar dust. Their estimates of the size of the Galaxy were much too small. Explain why.

銀河の大きさと形を求める方法の一つは、暗い星までの距離を、観測される見かけの明るさだけから推定し、星が観測できなくなる距離を調べることだ。最初にこの方法を試した天文学者は、星の光が星間塵によって暗くなることを知らなかった。推定された銀河の大きさは、小さすぎた。その理由を説明しよう。

New stars form in regions where the density of gas and dust is relatively high. Suppose you wanted to search for some recently formed stars. Would you more likely be successful if you observed at visible wavelengths or at infrared wavelengths? Why?

新しい星は、ガスと塵の密度が比較的高い領域で生まれる。最近できた星を探したいとしよう。可視光と赤外線のどちらで観測すれば、成功しやすいだろうか。それはなぜか。

Thinking about the topics in this chapter, here is an Earth analogy. In big cities, you can see much farther on days without smog. Why?

この章の話題に対応する、地球上の例を考えよう。大都市では、スモッグのない日は、ずっと遠くまで見える。なぜだろうか。

Stars form in the Milky Way at a rate of about 1 solar mass per year. At this rate, how long would it take for all the interstellar gas in the Milky Way to be turned into stars if there were no fresh gas coming in from outside? How does this compare to the estimated age of the universe, 14 billion years? What do you conclude from this?

天の川銀河では、1年あたり約1太陽質量の割合で星ができる。この割合なら、外から新しいガスが来ない場合、すべての星間ガスが星になるまで、どれほどかかるか。推定される宇宙の年齢140億年と比べるとどうか。そこから何を結論できるか。

The 21-cm line can be used not just to find out where hydrogen is located in the sky, but also to determine how fast it is moving toward or away from us. Describe how this might work.

21 cm線は、水素が空のどこにあるかだけでなく、私たちへ近づく、または遠ざかる速さも調べられる。どのようにして分かるかを述べよう。

Astronomers recently detected light emitted by a supernova that was originally observed in 1572, just reaching Earth now. This light was reflected off a dust cloud; astronomers call such a reflected light a “light echo” (just like reflected sound is called an echo). How would you expect the spectrum of the light echo to compare to that of the original supernova?

天文学者は近年、最初に1572年に観測された超新星が放った光を、今になって地球へ届いたものとして検出した。塵の雲で反射された光であり、反射した音をこだまと呼ぶのと同じように、「光のこだま」と呼ばれる。そのスペクトルは、元の超新星のスペクトルと比べて、どうなると予想するか。

We can detect 21-cm emission from other galaxies as well as from our own Galaxy. However, 21-cm emission from our own Galaxy fills most of the sky, so we usually see both at once. How can we distinguish the extragalactic 21-cm emission from that arising in our own Galaxy? (Hint: Other galaxies are generally moving relative to the Milky Way.)

私たちの銀河だけでなく、ほかの銀河からの21 cm線の放射も検出できる。しかし、私たちの銀河の21 cm放射が空の大部分を満たすため、普通は両方が同時に見える。銀河外からの21 cm放射を、私たちの銀河で生じたものと、どう区別できるか。ヒント：ほかの銀河は、一般に天の川銀河に対して動いている。

We have said repeatedly that blue light undergoes more extinction than red light, which is true for visible and shorter wavelengths. Is the same true for X-rays? Look at Figure 20.19. The most dust is in the galactic plane in the middle of the image, and the red color in the image corresponds to the reddest (lowest-energy) light. Based on what you see in the galactic plane, are X-rays experiencing more extinction at redder or bluer colors? You might consider comparing Figure 20.19 to Figure 20.14.

青い光は赤い光より減光を強く受けると、繰り返し述べてきた。これは可視光や、より短い波長で成り立つが、X線でも同じだろうか。図20.19を見よう。最も塵が多いのは、画像中央の銀河面である。画像の赤色は、最も赤い、すなわち最も低エネルギーの光を表す。銀河面の見え方から、X線は赤い側と青い側の、どちらで減光を強く受けるだろうか。図20.19と図20.14を比較してみるとよい。

Suppose that, instead of being inside the Local Bubble, the Sun were deep inside a giant molecular cloud. What would the night sky look like as seen from Earth at various wavelengths?

太陽が局所泡の中ではなく、巨大分子雲の奥深くにあったとしよう。地球からさまざまな波長で見た夜空は、どのように見えるだろうか。

Suppose that, instead of being inside the Local Bubble, the Sun were inside an H II region. What would the night sky look like at various wavelengths?

太陽が局所泡の中ではなく、H II領域の中にあったとしよう。さまざまな波長で、夜空はどのように見えるだろうか。