超新星の風変わりな先見者|物理

スタンフォード大学の物理学部のメイン講義室で 12 月 15 日に始まった 1933 年のアメリカ物理学会の会議で、何か重要なことが起こるとはほとんど期待されていませんでした。わずか 60 人の聴衆に対して 40 の論文が発表されました。最も多くの研究を生み出したのは宇宙放射線で、現在は宇宙線と呼ばれています。当時の科学界を悩ませたのは、より深い謎の 1 つでした。目に見えない力が私たちの世界を形作っているという事実は、まだ新しい概念のようなものでした.そのため、宇宙放射線が地球の周りを飛び回り、建物に押し込まれ、体に浸透するという考えは、単に奇妙に思えました.

放射線は、主に自由範囲の陽子である亜原子粒子からのエネルギーの放出として知られていますが、電気の影響をグラフ化した最初の科学機器の 1 つである検電器で最初に現れました。検電器は、2枚の金箔が吊り下げられた金属棒で構成されています。ロッドが電源にさらされると、両方の葉が同じ電荷を持っているため、2 つの葉は互いに反発します。しかし、しばらくすると、不可解なことが起こります。葉が自然に放電します。各リーフは元の位置に戻ります。科学者たちは、何らかの形の放射線がチャンバーを貫通し、葉から電荷を奪っていることに気付きました。しかし、それは何で、どこから来たのでしょうか?

奇妙な放射線は宇宙のどこか遠くから来たと信じている人もいました。他の人たちは、おそらく海の下、あるいは太陽系のまだ未知の荒野に、局所的な発生源がなければならないと考えていました.量子論に重要な貢献をしたロシア生まれの移民であるカリフォルニア工科大学のポール・エプスタインは、地域性の側で真っ向から降りてくる会議で論文を発表しました。彼は、光線は「エネルギーを完全に失う前に有限の距離しか移動できない」と主張しました。そのため、彼らはローカルでなければなりませんでした。この考えを支持するものとして、彼はフリッツ・ツヴィッキーという若い同僚による理論を引用しました。

たまたま、ツウィッキー自身も 1933 年のスタンフォード会議に出席していました。彼は同僚のウォルター・バーデと共に、アインシュタインの想像力と推定に匹敵する一連の理論を提案しようとしており、謙虚なスタンフォード会議を科学史の予想外の交差点に変えました。これらの理論へのツヴィッキーの旅は、ビーグル号の航海ほど危険ではなかったかもしれませんが、天界での生と死の大きな闘いを明らかにすることによって、その結果は、ダーウィンの旅が宇宙を理解することであったのと同じくらい、宇宙の進化を理解するために重要でした.地球上の生命の進歩.

Baade と Zwicky は奇妙な組み合わせでした。ロサンゼルスの北にあるウィルソン山天文台のスタッフだったバーデは、礼儀正しく、礼儀正しく、先天性奇形による足を引きずって歩きました。彼が行うすべてのことに厳格であったため、新しい天文ツールを操作して宇宙から秘密を解き明かすのに優れた人物はいませんでした。一方、ツヴィッキーは大胆で、想像力に富み、本能的でした。自然との戦いであろうとカリフォルニア工科大学の上司との戦いであろうと、良い戦いを決してためらわない粗野な登山家である彼は、バーデとはありそうもないが生産的な同盟を結んだ.

ツヴィッキーは常に機知に富み、リラックスした演説を行っていましたが、彼のスイスドイツ語訛りはまだ非常にはっきりしていましたが、「超新星と宇宙線」というタイトルの共同論文を発表しました。超新星は、爆発する星の特別なクラスでした。それらは当時知られていませんでしたが、宇宙で働いている偉大な力を理解するために不可欠というよりも、むしろ好奇心 — 星の間のサーカスフリーク — でした.

誰がこの用語を導入したかについては議論があります。多くの人がツヴィッキーの功績だと考えていますが、基本的なアイデアはスウェーデンの天文学者クヌート・ルンドマルクに由来するようです。ルンドマルクは 1920 年に特別なクラスの新星 (通常の爆発する星) に言及し、それを「巨大新星」と呼びました。それにもかかわらず、ブラックホールが後の世代にとってそうであるように、この用語を関心のある大衆にとって親しみやすく刺激的なものにしたのはツヴィッキーでしょう。観測され、Zwicky または Baade のいずれによっても観測されませんでした。最も有名な超新星は、デンマークの天文学者ティコ・ブラーエにちなんで名付けられたティコの星でした。誰がより優れた数学者であるかをめぐる仲間の学生との決闘で鼻の塊を失ったことでしばしば記憶される貴族であるブラーエは、1572 年 11 月 11 日の夜、「奇妙な星」を見つけたとき、散歩していました。カシオペア座にあります。彼は自分の目を信用せず、使用人や通りすがりの馬車の乗員に質問しました。彼らもそれを見たと彼らが言ったときだけ、ブラーエは彼が本当に驚くべき出来事を目撃したことに満足しました.宇宙の私たち自身の近所で星の爆発.最も明るいとき、ティコの星は金星に匹敵し、消えるまで 2 年間肉眼で見えたままでした。そのような出来事は当時、天が乱された証拠である邪悪な前兆と見なされていました.

Physical Society のアーカイブに保存されているスタンフォードセッションのメモによると、Zwicky は、当時知られていた「一時的な星」は、すべての恒星系で数世紀に 1 回燃え上がると述べています。彼が言わなかったこれをどのように知っていたか。 1 億個の通常の星に匹敵する光のショーを作り出す超新星は、照明付きのマッチの間のフラッドライトであり、超新星はそれが存在する銀河を凌駕します。ツヴィッキーによると、星の爆発は摂氏 250 万度の地獄のような温度をもたらします。彼とバーデの計算と彼自身の推測に基づいて、ツヴィッキーは、これらの一時的な星が自己消滅の過程にあり、原子レベルまで自分自身を破壊していることを示唆しました。「超新星プロセス (星の) 質量は大量に消滅します」と彼は言いました。

これはすべて、宇宙放射線に関する彼の大胆な理論のウォーミングアップに過ぎませんでした。ツヴィッキー氏によると、宇宙線の特定の挙動を考えると、その起源には 3 つの可能性がありました。おそらく、光線は空の銀河間空間から来たか、「宇宙の物理的条件が現在のものとはまったく異なる時代からの生存者」であった可能性があります。これらのアイデアはどちらも満足のいくものではなかった、と彼は言いました。「しかし、宇宙線の生成が、超新星のフレアアップなどの散発的なプロセスに関連している場合、上記の問題は解消されます」と、Zwicky と Baade は数か月後に発表された論文に書いています。 /P>

ツヴィッキーはさらに、光線の強度が、巨大な爆発する星から来た場合に予想される強度と「驚くほどよく一致」していることを示しました。このようなフレアアップが生成する途方もない量の光に基づくと、エネルギーの各陽子は少なくとも 1 億ボルトに等しくなければなりません。そのため、膨大な距離を移動した後でも、地球に到達したときの放射線は非常に強かった.この仮説は、なぜ宇宙線が天の川から検出されなかったのかという疑問にも答えているように見えました。「その理由は単純に、私たちの銀河系で (最近) 超新星爆発が発生しなかったからです。」

これらのアイデアは挑発的でしたが、Zwicky はまだ完成していませんでした。ズウィッキー氏は、「すべての準備をして」と述べ、実際にはほとんど準備ができていませんが、「超新星は通常の星から主に中性子からなる中性子星への移行を表すという見解を進めています。」そのような星は、元の星のサイズよりもはるかに小さく縮小し、それに応じて密度と重力が増加します。「『重力パッキング』は…非常に大きくなる可能性があり、…通常の核パッキングの割合をはるかに超えています。」

彼らの理論によれば、爆発後、超新星は壊滅的な崩壊を起こし、その電子と陽子のほとんどを吹き飛ばし、他のものをこれまで考えられていたよりも高密度に詰め込まれたナゲットに砕きます。当時、原子にはたくさんの空きスペースがあることが理解され始めていました。現在、その 99% 以上が空であることがわかっています。水素原子が地球のサイズである場合、その中心にある陽子の幅は約 200 ヤードしかありません。しかし、原子の境界を突き破り、最後の息が吸い出されるまで粉砕し続けることができるプロセスを想像する勇気はありませんでした。ツヴィッキーによれば、直径 50 万マイルの星は、わずか 19 マイル幅の灼熱のビー玉に縮小されます。小さじ 1 杯分の重さは 1,000 万ポンドになります。

「ブラックホール」という用語はまだ発明されていなかったことを覚えておくことが重要です。実際、中性子粒子が発見されたのは、ツヴィッキーが新しい理論を発表するわずか 1 年前のことでした。これにより、まるで彼が恐竜の時代をウィッシュボーンから説明したかのように、予測が刺激的で息を呑むほど生意気になりました.

科学革命家たちは、彼らの提案が、自然界でこれまで観測されたことのないプロセスとエネルギーを呼び起こしたことを認めました。「私たちの提案が星の構成についての通常の見解に関して重大な意味を持っていることを十分に認識しています」とツヴィッキーとバーデは結論付けました.

Physical Society は、スタンフォード大学の科学者たちの反応を保存しませんでした。しかし、スイス人の友人に宛てた手紙の中で、ツヴィッキーはそれを面白い言葉で説明した. 「私はドイツの天文学者と共に、宇宙放射線に関する新しい理論を作り上げました」と彼は言いました。中性子星の予測ははるかに重要でしたが、その程度を予測することはできませんでした。「外国の物理学者たちの憤りが地元の物理学者たちの怒りと同じ次元になるなら、私たちは自分たちの命を脅かさなければならないでしょう。ここのセミナーで新しい理論を発表したとき、保守的な紳士の何人かが心臓発作で死にかけたほどの騒動がありました。」

ツヴィッキーの説明は、彼の新しい理論に対する彼の自信以上のものを明らかにしました。それは、彼が正しい方向に進んでいる証拠として、反対を歓迎する彼の超自然的な能力を示しました.それは彼の職業生活のすべての成果を支える特徴であり、彼に名誉と中傷の両方をもたらす特徴でした.宇宙は目に見えない暗黒物質で満たされているという彼の予測の背後には、星や銀河がクリスマスツリーの飾りのように配置された足場があります。それはまた、困難で謎めいた男としての彼の評判にも貢献しました.当時の重要な科学者の多くと対立した彼は、非常に多くの憤りを引き起こしたため、彼の死後、彼の批評家は彼のしたことを忘れたり軽蔑したりするためにできる限りのことをしました。彼が記録した偉大な力のように、フリッツツヴィッキーは彼と接触したすべての人の軌道を歪め、多くの人を引き寄せ、同じくらい多くの人を追い払った.

Zwicky と Baade は、プレゼンテーションでいくつかの誤りを犯しました。ツヴィッキーはある時点で、爆発する前の超新星は太陽のような「ごく普通の星」である可能性があると示唆しました。実際、少なくとも太陽の 8 倍の質量を持つ巨大な星だけが、ツヴィッキー型の超新星の候補です。これは、星が燃料を使い果たし始め、その内部の炉が星の巨大な体積を支えられなくなったときに発生します。そして重力。 1 秒以内に巨大な星は崩壊し、その後、ツヴィッキーが理論化したように、核が中性子星を形成し始めます。その時点で、コアが太陽の表面より数千倍も高い温度に達すると、衝撃波が外側に跳ね返り、強力な爆発を引き起こし、光速のほぼ 10 分の 1 で星の外層を放出します。

ズヴィッキーは、研究のために古くて信頼できないデータに依存していたので、おそらく彼の過ちを許されるかもしれません。良い記録があった最新の超新星は 1885 年に発生しました。それは 1934 年までに消えてしまいました。ロサンゼルスの北にあるウィルソン山の頂上にある世界で最も強力な 100 インチのフッカー望遠鏡でさえ、残骸は見つかりませんでした。 .提案を公式化するまでに、Zwicky と Baade は、超新星が特定の星雲または銀河で 1000 年に 1 回発生すると想定していました。これも、時間が経つにつれて正しくないことが証明されます。超新星は見かけ上は珍しいものの、私たちの銀河系のような銀河では 50 年ごとに発生することが知られています。

観測者は噴火を見るのに何世紀も待つ必要はないかもしれない、と二人は書いている.宇宙の私たちの領域には約1,000個の銀河があったため、オッズは、「私たちのこの「すぐ近く」の近隣で年に1つの超新星が予想されるはずである」ことを示唆しました.この提案は、Zwicky 自身によって適切に導かれ、爆発する星の世界的な捜索を引き起こしました。

やがて、スタンフォードでのプレゼンテーションとそれに続く 5 ページの短い論文は、20 世紀の天体物理学で最も影響力のある研究の 1 つになることが証明されました。カリフォルニア工科大学の物理学者キップソーンは、これを「物理学と天文学の歴史において最も先見の明のある文書の 1 つ」と呼んでいます。

数年後、彼のキャリアを振り返って、ツヴィッキー自身はそれを「控えめに言って…これまで科学で行われた最も簡潔な3つの予測の1つ」と呼び、超新星、中性子星、宇宙線に言及しました.彼は次のように続けた。「デービッド・ヒルベルトでさえ」 — アルバート・アインシュタインが一般相対性理論を定式化する際に相談した影響力のある数学者 — でさえ喜んでいただろう.執筆し、私たちのライフワークを 10 分で提示しようとすることです。」

ツヴィッキーとバーデの理論は、本質的に高エネルギー天体物理学の誕生でした。それらは、パルサーやクエーサーから超大質量ブラックホールまで、あらゆるものに関連していました。地球上の生命をこれまで以上に些細で取るに足らないものにしているように思わせた宇宙の驚くべきプロセスのすべてです。

ツヴィッキーの大胆なアイデアは、原子の基本的な構成要素をまだ解明しようとしていた彼の仲間のより保守的なメンバーに衝撃を与えました。これは、一時的な星が興味深い夜の娯楽や法廷占星術師の空想の餌食であるだけではないことを示唆した新興企業です。代わりに、ツヴィッキーは、地球上の現象で重要な役割を果たしていると主張しました.

超新星が地球上の生命にとってどれほど重要であるかが明らかになるまでには、何年もかかりました。何十億年も前の宇宙での爆発で鉄が生成され、ミネソタ州北部の鉄山脈の鉱石から血流に至るまで、いたるところで発見されました。有機生命体の根源である炭素と、地球上の生命を維持する酸素。これらの発見は何年も前のことでしたが、それでも 2 人の理論家が抜本的な主張をすることを妨げませんでした。その多くは今後数十年にわたって持ちこたえます。

タイムの記事雑誌「Star Suicide」は、ツヴィッキーとバーデの新しい理論を説明しました。「もし彼らが正しければ、世界の終わり」、「冷たい太陽の下で凍死する生命」という古い概念は、結合する前に最後の一撃をする太陽によって焦がされて死ぬという見通しに道を譲らなければなりません宇宙の墓地にある星の幽霊。 ロサンゼルス・タイムズ 、1933 年 12 月 8 日、APS 会議の 1 週間前の予測を「おそらく宇宙放射線の起源に関する最も大胆な理論」と呼びました。

超新星が実際に非常に加速された宇宙線を生成することが最終的に確定したと考えられるようになったのは、つい最近のことです。また、中性子星の存在が確認されるまでには数十年かかりました。その数学は以前から正しいことが示されていましたが、パルサーの存在が証明されたのは 1967 年のパルサーの発見でした。パルサーは、キッチンブレンダーのブレードよりも速く回転する中性子星です。

最終的な証拠がなくても、ツウィッキーのアイデアはすぐに大衆にヒットしました。当時、新しいボーイング 247 に乗った大陸横断商用飛行が 20 時間を費やしたとき、新聞や雑誌の読者は、世界中で出現した新しい科学理論に魅了されました。問題は、ほとんどの人がそれらを理解できなかったことです。アインシュタインの相対性？ニールス・ボーアの量子力学?興味深いですが、もう一度教えていただけますか？一方、致命的な銀河ショーを行う爆発する星である超新星のアイデアは、誰もができるという理由だけで、大衆の空想と不安を捉えました。理解してください。

ツヴィッキーはあらゆる場所で記者の寵児になりました。引用可能で親しみやすく、一部の作家が彼をブルガリア人と呼んだとき (彼はそこで生まれましたが、スイスを彼の本当の故郷と考えていました)、彼はホットな新しい文化商品になりました.

人気のある雑誌は、映画スターの誕生日とともに彼の誕生日を記しました。彼はコミックのページにも登場し、人気のあるコミックストリップ ブロンディ で、ダグウッドバムステッドの上司であるディザーズ氏に少し似た、口ひげを生やした小柄な男、ドックダブルとして知られるキャラクターとして描かれました。私> . 1934 年 1 月のパネルでは、助手が望遠鏡の前に座っている間、ドクダブルが天文台で寝ているところが示されました。「何かが爆発したら電話して」とドクは言います。

「今、私はアメリカ人を理解しています」とツウィッキーは言いました。「私はおかしな新聞に載っています。」

John Johnson Jr. は 22 年間 ロサンゼルスタイムズでは、宇宙と物理学を取り上げました。彼はピューリッツァー賞を受賞した 2 つのチームのメンバーであり、Investigative Reporters and Editors, Inc. から IRE メダルを共有しました。

リード画像:NASA