星々の終末の姿 白色矮星の発見 「天文教育」（2007年1月号）

星 々

終 末

姿

1

白

色

矮

星

発

見

西 村 昌 能

京 都 府 立 洛 東 高 等 学 校

1. 矮 星 と

白 色 星 奇 妙 前

白 色 星 White dwarf 翻 訳 dwarf び 白 い び 星 一 体 何 う

恒 星 giant dwarf 2 種 類 分 類 最 初 示 HR 図 H

ン 1905 1907

[1] giant 巨 星 dwarf

星 い う 日 本 語 訳 い 日 本 語 翻 訳 人 誰 う 翻 訳 経 過 今 題 dwarf planet 翻 訳 考 え

ン 知

HR 図 R あ

giant dwarf 付 親 ン

い う [2] ン 考 え 星 明 陽 50 分

1 型 K 型 M 型 赤 い 恒

星 指 一 方 巨 星

ン う A 型 星 い 明 恒 星 指 い

彼 ２ 語 K 型 星

図 1 ス ン グ 左 と セ

右 [3]

M 型 星 2 種 類 明 恒 星 あ

い う 示 星 現 在 温 主 系 列 星 あ わ

星 暗 い 恒 星 い う ほ 意 味

B 型 星 A 型 星

white star い Ｂ 型 星 A 型 星

白 色 星 付 い 後 ン ン White Dwarf い う 用 語

白 色 星 い う 体 B 型

A 型 星 う 高 い 表 面 温

明 K 型 M 型 主 系 列 星 程 暗 体 い う

2. シ ウ ス Ｂ 発 見 2.1. シ ウ ス 固 運 動

1844

文 大 固 運 動 ふ 発 見 [4] 普 通 固

運 動 直 線 観 測

周 期 的 蛇 行 運 動 い

図 2 彼 1755 赤 経 観 測 基 準 約90

間 自 身 含 12 観 測 結 果 研 究 利 用 彼 時

ン 赤 緯 変 化 様 現 象 発 見 い

う 固 運 動 ふ 連 星 あ 理 解 い 主 星 見 え 伴 星 見 え い 彼 両 星 視 伴 星 あ 示

そ 1851

報 告 過 去 観 測 幾 あ い 観 測 付 え 軌 遈 計 算 行 い 公 転 周 期 求

[6] そ 50.093

い う 続 い 1861

伴 星 角 予 報 式 作

[7] う 徐 々

伴 星 置 文 学 体 力 学 追 い 込

2.2. シ ウ ス 伴 星 が 見 え た

当 時 元 肖 像 画 家 彫 刻 家 あ A. 父 40 歳

望 遠 鏡 自 作

望 遠 鏡 製 作 者 研 究 者 交 流 始 い 彼 望 遠 鏡 い 優 2 重 星 分 解 い

当 時 活 躍 い 目 彼 英 国 著 文 学 者 引 合 わ そ

望 遠 鏡 優 観 測 行 い そ 世 界 中 知

わ 注 文

そ 中 大 学

発 注 あ 大 学

3.5 ン 大 い 径 18.5 ン

45cm 屈 折 望 遠 鏡 1860

手 狭

い 工 場 売 払 い ュ 大 工 場 立 う い

新 工 場 最 初 望 遠 鏡 会 社

当 時 彼 人 息 子 助 い そ 一 人 A.G.

18.5 ン 硝 子 材 新 工 場 1861

到 着 研 磨 開 始 1862 1 31 日 30 歳 A.G.

18.5 ン ン

観 察 そ う

角 10 秒 明 8 等 暗 い 恒 星 見 最 初 暗 い 星 像

ン い 疑 い ン 磨 直 い い 実

伴 星 彼 発 見 ン ン 賞 授 い そ 伴 星 発 見 知 大 学 文 長 ボ ン [8]

ボ ン 伴 星 い う 題 い 報 告 学 会 投 稿 [9] そ 一 部 翻 訳

1 31 日 刻 伴 星 発 見

い う 興 味 深 い 出 来 氏

18.5 ン 屈 折 望 遠 鏡 行 15

ン 屈 折 望 遠 鏡 そ 伴 星 観 測

次 う 要 素 求 1862

2 10 日 置 角 85ま15 み1ま1 角

10 37み0 2 星 像 落 着 い い

伴 星 見 え い

高 あ 大 気 擾

乱 観

測 時 間 少 特 角

い 再 観 測 い 能 性 い

実 施 あ 考 え い

発 見 新 い 屈 折 望 遠 鏡 優

示 証 明 書 あ 後 略

視 伴 星 人 類 前 現

1896 文

2.3. シ ウ ス 伴 星 分 光 観 測

1915 発 見

伴 星 撮 影

[10] ン 山 文 60 ン

望 遠 鏡 用 い ２ 撮 影 主 星 条 避 い 苦 労 長 い 時 間

条 副 鏡 支 持 金 具 回 折 原 因 う 散 乱 条 避 露 中 主 星 黒 い 金 属

ン 覆 い 伴 星 ン 開 窓 分 器 通 10

18 日 ン 良 う 撮 影

彼 結 果 伴 星 線 主 星 似 い A0 型 い う

伴 星 連 続 紫 領 域 明 落 い う 見 え い う

1920 ャ ン 2 星

型 等 い い う 両 星 単 表 面 積 あ 絶 対 等 い 意 味

そ 恒 星 効 温 等 い 意 味 指 摘 [11]

彼 当 主 星

伴 星 1 万 倍 以 明 そ 両 星 表 面 温 主 星 表 面 積 伴 星 1 万 倍 半 径 直

100 倍 体 積 100 万 倍

伴 星 陽 質 量 主 星 2 陽 質 量 伴 星 密 主 星 50 万 倍 指 摘 そ

次 う 驚 隠 主 星 巨 星 当 時 考 え 伴 星 星 質 量 均 的 あ 主 星 伴 星 齢 ？ B 型 巨 星 M 型 星 進 化 考 え い M 型 星 A 型 星 進 化 ？ そ

M 型 星 B 型 星 進 化 あ 逆 行

A型 星 ？

当 時 恒 星 進 化 遈 筋 う

図3 ム ス 左 と キ ャ ン 右 [3]

あ わ い M 型 巨 星 収 縮 温 早 期 型 巨 星 現 在 B 型 A 型 主 系 列 星 そ

後 冷 却 M 型 主 系 列 星 進 化 い い う 一 般 入 い 考 え

2.4. 高 密 星 白 色 矮 星 重 力 赤 方 変 位

一 方 1924 世 界 的 体 物 理 学 者 あ ン 大 学 ン ン 卿 連 星 公 転 周 期 利 用 そ 質 量 わ 恒 星 質 量 関 係

質 量 関 係 見 彼

論 文 中 白 色 星 white dwarf い う 言 葉 初 用 い [12]

O2 星 40 番

星 白 色 星 質 量 関 係 比 較

使 用 い 問 題

い

伴 星 F0型 温

直 8000ま あ 絶 対 等 級 11.3

等 あ 半 径 1 万 9600km

王 星 小 い 質 量 陽 0.75

0.95 倍 間 0.85 陽 質 量

そ う 比 重 水 5万3000 倍

到 遉 観 点

密 合 理 い 証 拠 十 分

い う 別 能 性 あ M

型 星 い 温 熟 練 観 測 者

Ｆ 型 星 主 特 徴 見 間 遊

え 知 い 者 択 一 議 論

十 分 検 討 い う

い う 著 者 指 摘 う

高 密 正 20km/s

ン ュ ン 観 測

問 題 解 決 う

実 1925 100 ン 望 遠 鏡 単 一 分 器 ン 焦 点 付 40 分 乾 板 露 い う 分 観 測 行 い

MgII 4481Å 線 う 主 星 強 見 え 線

見 え 輝 線 水 素 線 波 長 域

主 星 強 い 伴 星

確 長 波 長 側 連 続 主 星 遊 F 型 見 え そ 結 果 主 星

伴 星 あ 波 長 域 区 別 能 連 続

観 察 F0型 あ い う 確 結 論 あ 弱 い 線 体 高 温 示 分

視 線 速 測 定 H H 水 素 系 列 2 番 目 3 番 目 線

中 性 一 回 電 鉄 珪 素

ン 金 属 線 行 わ 主 星 散 乱 影 響 見 込 視 線 速 21km/s 4500Å

0.32Å 波 長 求

ン ン 重 力 波 長 計 算 大 変 合 い [13] 値 伴 星 型 F0 半 径 2 万 4000km 比 重 水 3 万 倍 A5

1 万 8000km 6 万 4000倍

1915 1916 ン

ュ ン 一 般 相 対 性 理 論 発 表

図4 エ ン ン[3]

そ 中 重 力 強 い 体 出 波 長 質 量 応 赤 方 変 重 力 赤 方 変 示 予 言

発 見 伴 星

線 赤 方 変 量 白 色 星 物 理 量 確 定 一 般 相 対 性 理 論 証 明

3. HR図 と エ ヌ ス 40番 星B 発 見

前 述 視 差 分 恒 星 い わ HR 図 作 彼 絶 対 等 級 ン 定 義 周 視 差

0.1 恒 星 等 級

ン 周 視 差 1 距 恒 星 等 級 絶 対 等 級 い

HR 図 現 在

目 HR 図

図 い い 1914 書 い HR 図 現 在 白 色 星 置 一 恒 星 い

星 O2 伴 星 O2 40 番 星 書

論 文 中 図 HR 図 見 い い わ 白 色 星

B型 星 A型 星 陽 明 い

い い 星 々 え 陽 明

50分 1 以 Ｋ 型 星 Ｍ 型 星 赤 色

図 5 セ HR 図[14]。 左 下 白 色 矮 星 位 置 に あ る 恒 星 が エ ヌ ス 40 番 星B ＝O

2_B＝O 2B 。

限 あ 一 例

O2

伴 星 あ 星 周 視 差 等 級 間 遊 い い A0 い う

型 主 星 Ｋ 型 星 明 怪 い 主 系 列 星 説 明

40番 星 O2星 い い 確

記 述 い [15] そ

40 番 星 伴 星 詳

検 討

星 い 一 番 初 出 来

1910 大 学 訪 問

始 彼 周 視 差 測 定

い 星 調 う

ン 教 授 頼 好 奇 心

40 番 星 伴 星

い 聞 い 1 時 間 前 ン 人 星 A 型 星 あ 記 録 い 星

型 わ

ン 40 番

星 伴 星 い 気 当 惑 い

[16] ン 1913

星 A 型 星 あ い う 聞 い い [15] 1914

星 測 定 A0 型 そ 絶 対 等 級 10.3 等

書 い HR 図

40 番 星 置 正 い い う 意 味

[17]

1921 ン

40 番 星 B 撮 影 星

型 B9 決 [18] 彼 論 文 水 素 線 輪 郭 見 ン い 発 遉 い 高 次 系 列 見 え い い

現 代 的 解 釈

40番 星 B 表 面 重 力 い 大

球 中 あ 水 素 原 子 核 わ 回 い 電 子 原 子 核 電 子 距 い

い 密 大 い い う 示 線 特 徴 白 色 星 高 重 力 示 わ

う あ 少

4. 天 体 物 理 学 世 界 へ

う 観 測 白 色 星 内 部 物 理 状 態 研 究 論 文 現

ン ン 卿 著 恒 星 内 部 構 造 次 問 発 い [19]

知 限 物 質 押

物 質 電 十 分 以

温 あ 場 合 い 能 あ 恒 星

冷 却 通 常 固 体 結 び い 正 常 密

回 復 そ 膨 張 重 力 対

い 恒 星 冷

却 必 要 う 凝

固 中 伴 星 そ 半 径 少

10 倍 膨 張 い

う 失 重 力 Ω 90％

置 わ い 電

足 生 い う Ω 少 い 必 要

あ 々 恒 星 逆 90％ 以 保

持 い う 十 分 見 通 保 証 そ う

い 亜 原 子 電 子 陽 子 的

供 給 究 極 的 弱 恒 星 注

意 要 状 況 う 思 え 放 熱

続 冷 却 十 分

い 物 体 想 像 え ！

重 要 問 題 実 際 う い 奇 抜

議 論 良 い う

問 応 う

1926 ほ 数 前 公 表

量 子 統 計 力 学 い う

統 計 理 論 用 い 白 色 星 縮 電 子 星 あ 示 [20]

1931 ン ン

ン 元 留 学 旅 途 中 あ ャ ン 理 想 白 色 星 最 大 質 量 い う い 論 文 書 白 色 星 質 量 限 界

ャ ン 見

[21] 彼 21歳 時

図6 ャ ン セ カ ー

研 究 通 白 色 星 物 語 観 測 体 物 理 学 舞 移 い

引 用 文 献

[1] え Hertzsprung, E., 1907,

Astronomische Nachrichten, 176, 49．

[2]Russell, H. N., 1913, The Observatory, 36 No464, 324.

[3] http://www.phys-astro.sonoma.edu/ BruceMedalists/

[4]Bessel, F. W., 1844, MNRAS, 6, 136.

[5]O. V. 小 尾 信

彌 山 本 敦 子 訳 1965 20 世 紀 文 学2 星 世 界 p80 白 社 ．

[6]Peters, C. A. F., 1851, Astronomische Nachrichiten, 32, 1.

[7]Safford, T. H., 1862, MNRAS, 22, 145. [8]King, H. C., 1979, "The History Of The

Telescope", pp255-257. Dover Pub., Inc. [9]Bond, G., 1862, Astronomische

Nach-richiten, 57, 131.

[10]Adams, W. S., 1915, PASP, 27, 236. [11]Campbell, W. W., 1920, PASP, 32, 199. [12]Eddington, A. S., 1924, MNRAS, 84,

308.

[13]Adams, W. S., 1925, The Observatory, 48 No618, 337.

[14] O. V. 前 掲 書

[5] p25

[15]Russell, H. N., 1914, Popular Astron-omy, 22, 286.

[16]Hearnshaw J. B.,1986, "The analysis of starlight, one hundred and fifty years of astronomical spectroscopy", pp352-360. Cambridge University Press.

[17]Adams, W. S., 1914, PASP, 26, 198. [18]Lindbald, B., 1922, ApJ, 55, 85.

[19]Eddington, A. S., 1926, "The internal constitution of the stars"(2nd. ed. 1986), p170. Cambridge University Press. [20]Fowlar, R. H., 1926, MNRAS, 87, 114. [21]Chandrasekhar, S., 1931, ApJ, 74, 81.