楕円銀河は単に腕が切り落とされた渦巻き銀河なのかもしれない

数十億の星から構成される曲がりくねった淡い腕を持つ渦巻銀河は、宇宙の美しい姿を見せてくれる。私たちの天の川銀河も渦巻銀河だが、こうした渦巻銀河団は、超銀河面と呼ばれる宇宙の一部では比較的少ない。天体物理学者のチームは、超銀河面の内側と外側の環境の密度の違いにより、中心がはっきりしない明るい楕円銀河の方が渦巻銀河よりも一般的だと考えている。この研究結果は、11月20日付けのNature Astronomy誌に掲載された研究で説明されている。

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腕を滑らかにする

超銀河面は、宇宙にある平らな構造で、幅はおよそ 10 億光年あります。私たちの天の川銀河はこの面の中に埋め込まれており、幅は約 10 万光年です。この面には、楕円銀河と呼ばれる腕のない巨大な銀河団が数十個ありますが、渦巻き腕を持つ円盤状の銀河はそれほど多くありません。

新しい研究によると、楕円銀河と円盤銀河の分布が異なるのは自然な現象だという。平面銀河は密度が高いため、他の銀河と頻繁に相互作用や合体を起こす。この銀河破壊ダービーにより、渦巻き銀河は楕円銀河に変わる。腕は滑らかになり、楕円銀河の内部構造の欠如と暗黒物質の存在により、超大質量ブラックホールが成長する。暗黒物質は他のすべてより重いため、新しく形成された楕円銀河を形作る力があり、中心のブラックホールの成長を導く傾向がある。

NASAによると、楕円銀河の星も中心核の周りをランダムな方向に公転しており、一般的に渦巻き銀河の星よりも古いという。

宇宙の平面から離れた部分では、銀河は比較的孤立して進化することができます。この孤独さが、銀河の螺旋構造の維持に役立ちます。

「超銀河面における銀河の分布は実に驚くべきものだ」と、英国ダラム大学の天体物理学者で研究共著者のカルロス・フレンク氏は声明で述べた。「これはまれではあるが、まったくの異常というわけではない。我々のシミュレーションは、銀河の合体による渦巻き銀河から楕円銀河への変化など、銀河形成の詳細な過程を明らかにしている」

銀河のタイムマシン

この研究で、研究チームは「局所宇宙を超えたシミュレーション」と呼ばれるスーパーコンピューターシミュレーションを使用した。これは、ビッグバンの頃から現在までの138億年にわたる宇宙の進化を追跡するものである。

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ほとんどの宇宙論シミュレーションは宇宙のランダムな部分を考慮しており、他の観測結果と直接比較することはできません。その代わりに、SIBELIUS は超銀河面を含む宇宙の観測構造を正確に再現するよう努めています。チームによると、最終的なシミュレーションは望遠鏡による宇宙の観測結果と驚くほど一致しています。

「シミュレーションは、宇宙の質量のほとんどが冷たい暗黒物質であるという考えに基づく私たちの宇宙の標準モデルが、天の川銀河を含む壮大な構造を含む、宇宙の最も注目すべき構造を再現できることを示している」とフレンク氏は語った。

科学者たちは1960年代から楕円銀河と渦巻銀河の分離を研究してきた。この分離は、宇宙学者で2019年のノーベル賞受賞者のジム・ピーブルズ教授がまとめた最近の宇宙の異常現象のリストで目立つ位置を占めている。

「偶然、昨年12月にダーラムで行われたジム・ピーブルズ記念シンポジウムに招待され、そこで彼は講義でこの問題を提示しました」と、フィンランドのヘルシンキ大学の天体物理学者で、本研究の共著者であるティル・サワラ氏は声明で述べた。「そして、答えが含まれているかもしれないシミュレーションをすでに完了していることに気付きました。私たちの研究は、銀河進化の既知のメカニズムがこのユニークな宇宙環境でも機能することを示しているのです。」