第26章銀河Galaxies
Collaborative Group Activitiesグループで取り組もう
Throughout much of the last century, the 100-inch telescope on Mt. Wilson (completed in 1917) and the 200-inch telescope on Palomar Mountain (completed in 1948) were the only ones large enough to obtain spectra of faint galaxies. Only a handful of astronomers (all male—since, until the 1960s, women were not given time on these two telescopes) were allowed to use these facilities, and in general the observers did not compete with each other but worked on different problems. Now there are many other telescopes, and several different groups do often work on the same problem. For example, two different groups have independently developed the techniques for using supernovae to determine the distances to galaxies at high redshifts. Which approach do you think is better for the field of astronomy? Which is more cost effective? Why?
英語のヒント
20世紀の大部分では、暗い銀河のスペクトルを取得できるほど大きい望遠鏡は、1917年完成のウィルソン山100インチ望遠鏡と、1948年完成のパロマー山200インチ望遠鏡だけだった。これらの施設を使える天文学者は、ほんの一握りしかいなかった。しかも全員が男性だった。1960年代までは、この二つの望遠鏡で女性に観測時間が与えられなかったためである。観測者は一般に互いと競争せず、異なる問題に取り組んでいた。現在ではほかにも多くの望遠鏡があり、複数の研究グループが同じ問題に取り組むことも珍しくない。例えば、二つの異なるグループが、超新星を利用して高赤方偏移の銀河までの距離を求める手法を、独立に開発した。天文学という分野には、どちらの進め方がよいと思うか。費用に対する効果が高いのはどちらだろうか。その理由も考えよう。
A distant relative, whom you invite to dinner so you can share all the exciting things you have learned in your astronomy class, says he does not believe that other galaxies are made up of stars. You come back to your group and ask them to help you respond. What kinds of measurements would you make to show that other galaxies are composed of stars?
英語のヒント
天文学の授業で学んだ面白い話を聞かせようと、遠縁の親戚を夕食に招いた。ところがその親戚は、ほかの銀河が星でできているとは信じないと言う。あなたはグループへ戻り、どう答えればよいか相談する。ほかの銀河が星からできていることを示すには、どのような測定を行えばよいだろうか。
Look at Figure 26.1 with your group. What does the difference in color between the spiral arms and the bulge of Andromeda tell you about the difference in the types of stars that populate these two regions of the galaxy? Which side of the galaxy is closer to us? Why?
グループで図26.1を見よう。アンドロメダ銀河の渦状腕とバルジの色の違いから、この二つの領域にいる星の種類について何が分かるだろうか。銀河のどちら側が私たちに近いだろうか。なぜそう判断できるか。
What is your reaction to reading about the discovery of the expanding universe? Discuss how the members of the group feel about a universe “in motion.” Einstein was not comfortable with the notion of a universe that had some overall movement to it, instead of being at rest. He put a kind of “fudge factor” into his equations of general relativity for the universe as a whole to keep it from moving (although later, hearing about Hubble and Humason’s work, he called it “the greatest blunder” he ever made). Do you share Einstein’s original sense that this is not the kind of universe you feel comfortable with? What do you think could have caused space to be expanding?
英語のヒント
膨張宇宙の発見について読んで、どう感じただろうか。「動いている」宇宙について、グループの各自がどう感じるか話し合おう。アインシュタインは、宇宙が静止せず全体として運動するという考えを、快く受け入れられなかった。そこで、宇宙全体の一般相対性理論の方程式に、一種の「つじつま合わせの係数」を入れて、宇宙が動かないようにした。後にハッブルとヒューメイソンの研究を聞くと、それを自分の「最大の失敗」と呼んだという。このような宇宙は居心地が悪いという、アインシュタインの最初の感覚に共感するだろうか。空間を膨張させている原因は何だと思うか。
In science fiction, characters sometimes talk about visiting other galaxies. Discuss with your group how realistic this idea is. Even if we had fast spaceships (traveling close to the speed of light, the speed limit of the universe) how likely are we to be able to reach another galaxy? Why?
英語のヒント
SFでは、登場人物がほかの銀河を訪れることを語る場合がある。この考えがどのくらい現実的か、グループで話し合おう。宇宙の速度限界である光速に近い速さで進む宇宙船があったとしても、別の銀河へ到達できる見込みはどのくらいあるだろうか。理由も考えよう。
Despite his son’s fascination with astronomy in college, Edwin Hubble’s father did not want him to go into astronomy as a profession. He really wanted his son to be a lawyer and pushed him hard to learn the law when he won a fellowship to study abroad. Hubble eventually defied his father and went into astronomy, becoming, as you learned in this chapter, one of the most important astronomers of all time. His dad didn’t live to see his son’s remarkable achievements. Do you think he would have reconciled himself to his son’s career choice if he had? Do you or does anyone in your group or among your friends have to face a choice between the passion in your heart and what others want you to do? Discuss how people in college today are dealing with such choices.
英語のヒント
エドウィン・ハッブルが大学で天文学に夢中になっていたにもかかわらず、父は天文学を職業にしてほしくなかった。息子に本当になってほしかったのは法律家であり、海外留学の奨学金を得たときも、法律を学ぶよう強く促した。ハッブルは結局、父に逆らって天文学へ進み、この章で学んだとおり、史上最も重要な天文学者の一人になった。父は、息子の目覚ましい業績を見るまで生きられなかった。もし見ていたら、息子の進路を受け入れただろうか。あなたやグループの仲間、友人の中に、自分の胸にある情熱と、ほかの人から求められることとの間で、選択を迫られている人はいるだろうか。現在の大学生が、そのような選択にどう向き合っているかを話し合おう。
Review Questions復習問題
Describe the main distinguishing features of spiral, elliptical, and irregular galaxies.
渦巻銀河、楕円銀河、不規則銀河を見分ける主な特徴を述べよう。
Why did it take so long for the existence of other galaxies to be established?
ほかの銀河が存在すると確立するまで、なぜこれほど長い時間がかかったのだろうか。
Explain what the mass-to-light ratio is and why it is smaller in spiral galaxies with regions of star formation than in elliptical galaxies.
質量光度比とは何か。また、星形成領域のある渦巻銀河では、なぜ楕円銀河より小さいのかを説明しよう。
If we now realize dwarf ellipticals are the most common type of galaxy, why did they escape our notice for so long?
矮小楕円銀河が最も一般的な種類の銀河だと現在では分かっているのに、なぜ長い間、見過ごされていたのだろうか。
What are the two best ways to measure the distance to a nearby spiral galaxy, and how would it be measured?
近くの渦巻銀河までの距離を測るのに適した二つの方法は何か。それぞれ、どう測定するのか。
What are the two best ways to measure the distance to a distant, isolated spiral galaxy, and how would it be measured?
遠くにあり孤立した渦巻銀河までの距離を測るのに適した二つの方法は何か。それぞれ、どう測定するのか。
Why is Hubble’s law considered one of the most important discoveries in the history of astronomy?
ハッブルの法則が、天文学の歴史で最も重要な発見の一つとされるのはなぜだろうか。
What does it mean to say that the universe is expanding? What is expanding? For example, is your astronomy classroom expanding? Is the solar system? Why or why not?
宇宙が膨張しているとは、どういう意味だろうか。何が膨張しているのか。例えば、天文学の教室は膨張しているだろうか。太陽系はどうだろうか。膨張する、あるいはしない理由を説明しよう。
Was Hubble’s original estimate of the distance to the Andromeda galaxy correct? Explain.
ハッブルによる最初のアンドロメダ銀河までの距離の推定は、正しかっただろうか。説明しよう。
Does an elliptical galaxy rotate like a spiral galaxy? Explain.
楕円銀河は、渦巻銀河のように回転するだろうか。説明しよう。
Why does the disk of a spiral galaxy appear dark when viewed edge on?
渦巻銀河の円盤を真横から見ると暗く見えるのは、なぜだろうか。
What causes the largest mass-to-light ratio: gas and dust, dark matter, or stars that have burnt out?
ガスと塵、暗黒物質、燃え尽きた星のうち、質量光度比を最も大きくするのはどれだろうか。
What is the most useful standard bulb method for determining distances to galaxies?
銀河までの距離を求める標準光源の方法で、最も役立つものは何だろうか。
When comparing two isolated spiral galaxies that have the same apparent brightness, but rotate at different rates, what can you say about their relative luminosity?
同じ見かけの明るさをもち、回転速度が異なる、二つの孤立した渦巻銀河を比べる。その光度の大小について、何が言えるだろうか。
If all distant galaxies are expanding away from us, does this mean we’re at the center of the universe?
遠方の銀河がすべて私たちから遠ざかっているとすれば、私たちは宇宙の中心にいるということになるだろうか。
Is the Hubble constant actually constant?
ハッブル定数は、本当に一定なのだろうか。
Thought Questions考えてみよう
Where might the gas and dust (if any) in an elliptical galaxy come from?
楕円銀河にガスや塵があるとすれば、それはどこから来たのだろうか。
Why can we not determine distances to galaxies by the same method used to measure the parallaxes of stars?
恒星の視差を測るのと同じ方法では、なぜ銀河までの距離を求められないのだろうか。
Which is redder—a spiral galaxy or an elliptical galaxy?
渦巻銀河と楕円銀河では、どちらがより赤いだろうか。
Suppose the stars in an elliptical galaxy all formed within a few million years shortly after the universe began. Suppose these stars have a range of masses, just as the stars in our own galaxy do. How would the color of the elliptical change over the next several billion years? How would its luminosity change? Why?
英語のヒント
ある楕円銀河の星はすべて、宇宙が始まって間もないころの数百万年間に形成されたとする。また、銀河系の星と同じように、さまざまな質量の星があるとしよう。その後の数十億年間で、楕円銀河の色はどう変わるだろうか。光度はどう変わるだろうか。その理由は何か。
Starting with the determination of the size of Earth, outline a sequence of steps necessary to obtain the distance to a remote cluster of galaxies. (Hint: Review the chapter on Celestial Distances.)
地球の大きさの決定から出発し、遠方の銀河団までの距離を得るために必要な一連の手順を説明しよう。（ヒント：「天体までの距離」の章を復習しよう。）
Suppose the Milky Way Galaxy were truly isolated and that no other galaxies existed within 100 million light-years. Suppose that galaxies were observed in larger numbers at distances greater than 100 million light-years. Why would it be more difficult to determine accurate distances to those galaxies than if there were also galaxies relatively close by?
英語のヒント
天の川銀河が完全に孤立し、1億光年以内にはほかの銀河が存在しないとする。1億光年より遠いところには、多数の銀河が観測されたとしよう。比較的近くにも銀河がある場合と比べて、これらの銀河までの距離を正確に求めるのが難しくなるのは、なぜだろうか。
Suppose you were Hubble and Humason, working on the distances and Doppler shifts of the galaxies. What sorts of things would you have to do to convince yourself (and others) that the relationship you were seeing between the two quantities was a real feature of the behavior of the universe? (For example, would data from two galaxies be enough to demonstrate Hubble’s law? Would data from just the nearest galaxies—in what astronomers call “the Local Group”—suffice?)
英語のヒント
あなたがハッブルとヒューメイソンの立場で、銀河の距離とドップラー偏移を調べているとしよう。二つの量の間に見えている関係が、宇宙の振る舞いの本当の特徴だと、自分もほかの人も納得するには、どのようなことをしなければならないだろうか。例えば、銀河2個のデータだけでハッブルの法則を示せるだろうか。天文学者が「局部銀河群」と呼ぶ、最も近い銀河だけのデータで十分だろうか。
What does it mean if one elliptical galaxy has broader spectrum lines than another elliptical galaxy?
一つの楕円銀河のスペクトル線が、別の楕円銀河より広いとすれば、それは何を意味するだろうか。
Based on your analysis of galaxies in Table 26.1, is there a correlation between the population of stars and the quantity of gas or dust? Explain why this might be.
英語のヒント
表26.1の銀河の特徴を調べると、星の集団の性質と、ガスや塵の量との間に相関はあるだろうか。そのような関係が生じる理由を説明しよう。
Can a higher mass-to-light ratio mean that there is gas and dust present in the system that is being analyzed?
質量光度比が大きいことは、調べている天体の集団にガスや塵があることを意味しうるだろうか。