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膨張

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1: 2019/03/02(土) 12:46:49.36 ID:CAP_USER
早稲田大学と青山学院大学の共同研究で、冷やすと膨張する物質「逆ペロブスカイト型マンガン窒化物」の「負の熱膨張」メカニズムが世界で初めて解明された。

 通常、物質は冷やすと収縮し、温めると膨張するが、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は冷やすと大きな体積膨張を示すことが知られる。しかし、なぜ冷やすと膨張するのかという物理的なメカニズムは40年以上も謎だった。

 一方、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は、温度降下にともないマンガンイオン上の電子のスピンが整列することも知られている。そこで今回の研究では、「電子スピンの整列現象」と「負の熱膨張現象」の関係性に注目した。

 研究グループはまず、電子スピン間に、スピン同士を反平行に揃えようとする相互作用と平行に揃えようとする相互作用の2種類が働いていることを突き止めた。

続きはソースで

論文情報:【Physical Review Materials】Theory of magnetism-driven negative thermal expansion in inverse perovskite antiferromagnets
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.3.024407

https://univ-journal.jp/24972/
images (2)


引用元: 【材料工学】冷やすと膨張する物質の「負の熱膨張」メカニズム解明 早稲田大学と青山学院大学[03/02]

冷やすと膨張する物質の「負の熱膨張」メカニズム解明 早稲田大学と青山学院大学の続きを読む

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1: 2019/02/14(木) 04:44:01.76 ID:CAP_USER
遠方宇宙のクエーサーの観測から、初期宇宙の膨張が標準宇宙モデルの予測と食い違っている可能性が示された。標準理論を超える新たな物理を考える必要があるかもしれない。

【2019年2月4日 ヨーロッパ宇宙機関】

現在の標準宇宙モデルでは、人体や惑星、恒星などを形作っている「普通の物質」(バリオン)は宇宙全体のエネルギーの数パーセントしか占めていないとされている。宇宙の全エネルギーの約4分の1は、重力は及ぼすものの電磁波では観測できない「ダークマター」が担っていて、残り4分の3は宇宙の加速膨張を現在も引き起こしている「ダークエネルギー」という謎の物質が占めているとみられる。

この標準宇宙モデルを構築する基礎となったのは、約138億年前に起こったビックバンの熱放射の名残である宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の観測と、より地球に近い(=時代が新しい)宇宙で得られた観測データだ。地球に近い宇宙の観測で得られる情報には、超新星爆発や銀河団の観測データや、遠方の銀河の像が重力レンズ効果で歪む効果の観測データなどがある。こうした観測結果は、今から約90億年前までの「最近」の宇宙膨張の様子を調べるのに使われる。

今回、伊・フィレンツェ大学のGuido Risalitiさんと、英・ダーラム大学のElisabeta Lussoさんたちの研究チームでは、宇宙膨張の歴史を調べる新たな指標として「クエーサー」を利用することで、近傍宇宙とビッグバン直後の宇宙の間にある観測の「空白域」を埋め、約120億年前までの宇宙膨張の様子を調べた。

クエーサーは、銀河中心にある超大質量ブラックホールが周囲から猛烈な勢いで物質を吸い込み、桁外れの明るさで輝いている天体だ。物質がブラックホールへ落ち込むと、その周囲に降着円盤が形成され、円盤内の物質が摩擦で加熱されて可視光線や紫外線を強く放射する。円盤の周りに存在している光速に近い電子がこの紫外線とぶつかると、紫外線の光子はさらにエネルギーの高いX線となる。

■銀河中心の超大質量ブラックホールの周囲には降着円盤(オレンジ色)ができ、ここから強い紫外線が放射される。さらに、この紫外線が円盤の周囲にある高エネルギーの電子(青)と衝突することでX線も放射される。遠方の様々な距離にあるクエーサーを観測することで、宇宙膨張の歴史を調べることができる(提供:ESA (artist's impression and composition); NASA/ESA/Hubble (background galaxies))
http://www.astroarts.co.jp/article/assets/2019/02/15680_quasars.jpg

クエーサーが放つ紫外線とX線の明るさの間には、一定の関係があることが以前から知られていた。3年前、RisalitiさんとLussoさんは、この関係を使えば、クエーサーが放つ紫外線の「真の明るさ」がわかるので、見かけの明るさと真の明るさの差からクエーサーまでの距離を見積もることができることに気づいた。多くのクエーサーまでの距離がわかれば、宇宙膨張の歴史を調べることもできる。

このように、真の明るさと見かけの明るさの差から距離を測ることができる天体は「標準光源」と呼ばれている。最もよく知られている例は「Ia型超新星」だ。Ia型超新星の真の明るさはどれも同じと考えられているため、ピンポイントで距離を知ることができる。

■Ia型超新星(水色)とクエーサー(黄色、赤、青)を使った距離の測定結果。縦軸が天体までの距離、横軸が宇宙の年齢(単位:10億年)を表し、右に行くほどビッグバンに近い初期宇宙を表す。ピンクの破線が近傍宇宙の観測だけをもとに標準宇宙モデルで導いた予測で、黒の実線がすべての観測に最もよく合う曲線を示す。クエーサーでしか調べることができないグラフの右の方(初期の宇宙)で、両者に食い違いが見られる(提供:Courtesy of Elisabeta Lusso & Guido Risaliti (2019))
http://www.astroarts.co.jp/article/assets/2019/02/15681_distance.jpg

続きはソースで

http://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/10463_expansion
ダウンロード (6)


引用元: 【天体物理学】宇宙膨張が標準理論と不一致?クエーサーの観測から示唆[02/04]

【天体物理学】宇宙膨張が標準理論と不一致?クエーサーの観測から示唆の続きを読む

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1: 2019/02/03(日) 12:08:24.41 ID:CAP_USER
重力レンズ効果によって複数像に見えるクエーサーを利用して、宇宙の膨張率を表すハッブル定数を推定した研究結果が発表された。
【2019年1月29日 カリフォルニア大学ロサンゼルス校】

宇宙がどのくらいの速度で膨張しているのかを表す「ハッブル定数」は、遠方銀河の大きさや宇宙の年齢を決定するうえで重要な値だ。様々な観測によってその正確な値を知る研究が続けられており、推定値は67-73km/s/Mpc(1メガパーセク(約326万光年)離れた2点間の距離が毎秒67-73km広がる)の範囲にあるものの、確実な答えはまだ得られていない。

ハッブル定数を導出する方法のほとんどは、天体までの距離と、その天体の後退速度(私たちから遠ざかる速度)の2つの情報を元にしている。米・カリフォルニア大学ロサンゼルス校のSimon Birrerさんたちの研究チームは、これまでにハッブル定数の距離の計算に利用されていない光源として、クエーサーを用いた研究を行った。クエーサーとは、中心の大質量ブラックホールによって莫大なエネルギーを中心部から放射し明るく見える銀河である。

Birrerさんたちがとくに注目したのは、1つのクエーサーの像が複数になって見えているような天体だ。

クエーサーと私たちとの間に別の銀河が存在すると、その中間の銀河の質量が生み出す重力レンズ効果によって、クエーサー像が複数に見えることがある。

続きはソースで

アストロアーツ
http://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/10456_constant
ダウンロード (3)


引用元: 【天体物理学】二重クエーサー像の観測から宇宙の膨張率を表すハッブル定数を推定した研究結果が発表[01/29]

二重クエーサー像の観測から宇宙の膨張率を表すハッブル定数を推定した研究結果が発表の続きを読む

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1: 2019/01/26(土) 13:42:43.47 ID:CAP_USER
■苦手な環境から逃げ出す意外な手段、1日で最大90キロ移動できるスピードも

 ナマコは長い間、海底をのろのろ動くだけの生き物と考えられてきたが、実は意外な方法で大きく移動できるらしいことが最新の研究でわかった。ナマコは暮らしている環境を変えたくなると、体を風船のように膨らませ、流れに身を任せて海の中を漂うのだ。

 これまでナマコは、海底に暮らすほかの生物と同じように、幼生の時期にだけ長距離を浮遊すると考えられてきた。成体になった後は海底をはって暮らし、敵が来たら少し速く動くくらいだと。しかし実際は、はるかに効率的な移動手段を隠し持っているようだ。大量の水を吸い込み、比重を下げることで浮力を得て、海底から離れ、海の流れに身を任せるのだ。

 カナダ、ニューファンドランドメモリアル大学の海洋生物学者アニー・メルシエ氏は「ナマコは肛門を含むあらゆる穴から水を吸い上げます」と説明する。メルシエ氏らは1月12日付けで学術誌「Journal of Animal Ecology」に論文を発表した。ナマコは肛門から水を出し入れすることで呼吸を行うが、その呼吸器を水で満たし、膨張するのだ。その後、一部のナマコはひっくり返り、大きく広がった肛門を上にして浮遊する。

 1980年代からナマコを研究しているメルシエ氏は、ナマコが膨らむという情報を詳しく調査するため、研究室と実際の海で2種のナマコを観察した。一つは北大西洋から北極海にかけての冷たい海に生息するキンコ属のナマコ(Cucumaria frondosa)、もう一つはインド洋や太平洋の熱帯海域に暮らすハネジナマコ(Holothuria scabra)だ。

 研究室では、水中の塩分濃度やほかの個体との密集度、堆積物の状態を変えて、ナマコの反応を観察した。嵐の日や海流の強い海、底引き網漁が行われた後の海底の状態などを再現したものだ。その結果、塩分濃度が低すぎたり堆積物が多すぎると、ナマコたちはその場から逃げ出した。一部のナマコは数分以内に、体に対する水の比率が700%以上にも上昇し、風船のようになって素早く流された。


 海での観察では、膨張したキンコ属のナマコが回転しながら海中を漂う姿を船から撮影した。動画を分析したところ、速い個体は1日で最大90キロも移動できるほどのスピードに達していることが判明した。これは幼生の時に移動するスピードよりも速い。

■キンコ属のナマコ(Cucumaria frondosa)。浮力を得るため、水で体を膨らませている。(PHOTOGRAPH COURTESY MERCIER LAB)
https://cdn-natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/19/012300054/02.jpg

続きはソースで

ナショナルジオグラフィック日本版サイト
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/19/012300054/
ダウンロード (1)


引用元: 【生物】ナマコは700%膨張して海を大移動、最新研究[01/26]

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1: 2018/12/03(月) 14:32:26.78 ID:CAP_USER
自動車メーカー・BMWのデザイン部と、マサチューセッツ工科大学(MIT)のSelf Assembly Lab(自己組織研究所)が「液体状のシリコンをゲル内に注入して好きな形に出力できる3Dプリント技術」を共同開発したと発表しています。従来の3Dプリンターは平坦な層の上にサポート材を使いながら樹脂を重ねていきますが、新型の液体3Dプリンターでは支えがいらず、自由な形を爆速で出力することが可能とのことです。

Large-Scale Rapid Liquid Printing | 3D Printing and Additive Manufacturing
https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/3dp.2017.0037

Liquid to Air: Pneumatic Objects — Self-Assembly Lab
https://selfassemblylab.mit.edu/new-gallery-1/

Liquid Printed Pneumatics — Self-Assembly Lab
https://selfassemblylab.mit.edu/liquid-printed-pneumatics/

実際に液体3Dプリンターで出力する様子や、出力したシリコン部品を膨張させる様子は、以下のサイトにあるムービーで確認できます。

Liquid Printed Pneumatics — Self-Assembly Lab

ロボットアームがシリコンインクを注入する針を、粒状のゲルで満たされた水槽の中に差し込みます。粒状ゲルは流体のシリコンインクを支えるだけでなく、シリコンを硬化させる役割もあるとのこと。

針の先からシリコンが絞り出され、みるみるうちに水槽の中にポンプ状の部品が形成されていきます。新しい液体3Dプリンターの出力は非常に早く、大きさにもよりますが、すべての出力にかかる時間はおよそ数分とのこと。

あっという間に部品の内部に空気圧を送ると縦に伸縮するポンプの完成。

続きはソースで

https://i.gzn.jp/img/2018/12/03/liquid-printed-pneumatics/00_m.png
https://i.gzn.jp/img/2018/12/03/liquid-printed-pneumatics/00_m.png

■動画
MIT's 3D-printed inflatables could shape the interiors of the car of future https://youtu.be/fBSSyXU2hmE



GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20181203-liquid-printed-pneumatics/
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引用元: 伸縮自在なシリコンを水槽の中に出力する「液体3Dプリンター」をあのBMWとMITが共同開発[12/03]

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1: 2018/11/11(日) 13:45:57.15 ID:CAP_USER
「ハッブルの法則」の名称変更が承認された。これからは「ハッブル・ルメートルの法則」となる。では、ルメートルとは何者か? なぜいまに至るまで名前が忘れられてきたのか? そこには根深い「宗教と科学」の葛藤が背景にあった。

■「ハッブルの法則」の名称が変更される!

人類が発見した宇宙についてのさまざまな法則の中で、おそらく最も有名なのが「ハッブルの法則」だろう。

このサイトの読者ならご存じの方も多いと思うが、ひとことでいえばこの法則は、宇宙が膨張していることを示すものである。

夜空に光る星と星の間の距離を正確に観測すると、時間がたつにつれてどんどん距離が大きくなっていく。つまり、お互いに遠ざかっている。そして遠方にある星ほど、遠ざかる速度は大きい。

よく説明に使われるたとえ話は、「星に見立てた点を表面に打った風船をふくらませると、どの2点間の距離も広がっていく」というものだ。宇宙はこの風船のように、膨張を続けているのである。

20世紀前半にこの法則が発見されるまでは、ほとんどの人が当然のように、宇宙は静止していると考えていた。

「宇宙は膨張している」という発見がどれだけ衝撃的だったかは、あの天才アインシュタインですら頑として受け入れようとしなかったことからも想像できる。

しかもハッブルの法則は、さらに重大な意味をもっていた。

宇宙が膨張しているということは、フィルムを逆回しするように時間を戻していけば、宇宙はどんどん収縮していき、やがては小さな点になる。つまり、宇宙のはじまりは極小の粒子であり、それが大爆発を起こして現在の宇宙ができあがったとするビッグバン理論が生まれたのである。

このようにハッブルの法則は、宇宙のあり方についても、はじまりについても、それまでの常識を完全に覆してしまった。

この法則は宇宙論における最も有名な法則であると同時に、最も重要な法則であると言っても過言ではないのである。

従来、この法則の発見者は、その名のとおり、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブル(1889~1953)であるとされてきた。ハッブルはロサンゼルス北東のウィルソン山天文台に建造された100インチ望遠鏡で天体観測を続け、1929年、互いに離れる銀河の距離と速度の関係を計算してハッブルの法則を発見した。

この偉大な業績を讃えてNASAはその名を冠したハッブル宇宙望遠鏡を打ち上げ、高校の地学の教科書でもハッブルの法則が紹介されるなど、ハッブルは現在、世界で最もよく知られた天文学者として歴史に記憶されている。

ところが、2018年8月になって、世界の天文学者によって構成されている国際天文学連合(IAU)は、この法則の名称を変更することを総会で提案した。そして10月末までに行われた会員による電子投票の結果、約4000人が投票し、その約8割が賛成したため、変更は承認された。

ハッブルの法則を、「ハッブル・ルメートルの法則」と呼ぶように推奨することが決まったのである。これにより、教科書の表記が変わるなど、これからさまざまな方面でその影響が出てくるものと考えられる。

■抹消された「ルメートル」という名前

突然、最も有名な法則に名前を連ねることになったルメートルとは、何者なのだろうか? このサイトの読者でも、その名を知っている方はそう多くはないだろう。

ジョルジュ・ルメートル(1894~1966)はベルギー人の物理学者である。1927年、若きルメートルは、「宇宙は膨張している」と確信し、論文を発表した。それはハッブルの発見よりも2年早かった。

そしてルメートルはなんと、宇宙のはじまりについても、のちのビッグバン理論と同様の考えを述べていた。ハッブル自身はそこまでは考えていなかったので、その意味ではハッブル以上の功績である。

にもかかわらず、ルメートルが宇宙膨張の第一発見者であるという事実は、歴史のなかで長い間、無視されてきた。

IAUが決定した名称変更は、ルメートルの功績も正当に評価しなければならないという考えからのことだったのだ。

続きはソースで

https://amd.c.yimg.jp/amd/20181110-00058373-gendaibiz-001-3-view.jpg

https://gendai.ismedia.jp/articles/-/58373
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引用元: 【話題】〈ハッブルの法則名称変更〉「最も有名な宇宙の法則」から自分の名を消そうとした科学者の苦悩

〈ハッブルの法則名称変更〉「最も有名な宇宙の法則」から自分の名を消そうとした科学者の苦悩の続きを読む
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