天の川銀河の「二重円盤」形状は、銀河全体で共通している可能性がある

天の川には、目に見える以上のものがあります。夜空に広が​​る銀色の流れは、私たちの銀河系を構成する複雑な星の束の一部にすぎません。天文学者は、この風車のような形を「薄い円盤」と呼んでいます。これは、ボストン クリーム ドーナツの中身のように、数倍の高さのふわふわした「厚い円盤」の星の中にあります。

しかし、この 2 つの円盤はどこから来たのでしょうか。宇宙の幼少期のトラウマによる傷跡なのか、それとも銀河の成熟の避けられない兆候なのか。天体物理学者や天文学者は、詳細に研究するサンプル銀河 (私たちの銀河) が 1 つしかないため、起源を 1 つに絞り込むのに苦労してきました。現在、新しい調査により、近隣の銀河に同様の円盤があるというこれまでで最も強力な証拠がいくつか見つかりました。この発見は、天の川銀河の 2 つの円盤が、特別な過去のユニークな結果ではなく、一般的な銀河の進化であることを示唆しています。これは、私たちの銀河が、宇宙全体の銀河を理解するための強力な例としての潜在能力を持っていることを裏付けています。

「天の川銀河から得た教訓はすべて、他の銀河にも応用できる」と、シドニー大学の天文学者で今回の研究の共著者であるジェシー・ヴァン・デ・サンデ氏は言う。「しかし、それが機能するのは天の川銀河が特別でない場合だけだ」

2枚のディスクの2つの物語

実際には、天文学者は天の川銀河の 2 つの円盤をその組成によって区別しています。薄い円盤の星は金属 (天文学者の特殊な観点からは、水素とヘリウムよりも重いすべての元素を意味します) に覆われていますが、厚い円盤の星では「金属」はむしろまれです。

この違いによって大まかなタイムラインが確立され、天体物理学者に「いつ」がわかる。厚い円盤状の星は、若い宇宙を覆っていた水素とヘリウムのガス雲から直接最初に形成された。薄い円盤状の二次星は、初期の星々がより重い元素を生成して爆発し、あらゆる方向に金属を噴出させる時間ができた数億年後に形成され始めた。

しかし、その「仕組み」を解明するのは困難であることが判明した。2つの透明な円盤を得るには、最初の円盤の時代と2番目の円盤の時代が移行する過程で、何らかのプロセスによって銀河全体の星形成が劇的に遅くなったに違いない。

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2つの有力な説が浮上している。おそらく、最初の円盤が形成された後に若い天の川銀河が同程度のサイズの銀河に衝突し、ガスと塵がかき混ぜられすぎて、星々が重力で引き寄せることができなくなったのかもしれない。

あるいは、2 つの円盤は、それぞれ異なる方法で金属を放出する 2 種類の異なる超新星によって生じたものなのかもしれない。初期には、いわゆる「コア崩壊型」超新星が一般的だった。原因となる巨大な星が多かったからだ。銀河の大きな星が爆発した後は、別の種類の超新星 (おそらく小さな星の衝突が原因) が引き継いだと考えられる。

この論争は広範囲にわたる影響を及ぼしている。天文学者が銀河について知っていることの多くは、天の川銀河に基づいている。天の川銀河は天文学者が最もはっきりと見ることができる銀河だからだ。しかし、その大規模な特徴が数十億年前の一度限りの衝突から生じたのであれば、研究者たちは孤立した不格好な銀河に基づいて理論を立てる危険を冒していることになる。

「もし天の川銀河が80億年前の何らかの合体現象によって独特なものになったとしたら、私たちの天の川銀河を他のすべての銀河のテンプレートとして使うという構想全体が崩壊してしまう」とファン・デ・サンデ氏は言う。

遠くない、遠い銀河

天の川銀河が奇妙な存在であるかどうかを調べるため、ファン・デ・サンデ氏と共同研究者は、チリの超大型望遠鏡（VLT）のマルチユニット分光探査機（MUSE）を、比較的近く、大きさや形が天の川銀河と概ね似ている9つの銀河に向けた。研究チームは、銀河の「金属」の分布を見て、天文学者が私たちの二重円盤銀河で見ているものと一致するかどうかを調べ、同様の二重円盤構成の証拠を探していた。

これまでの金属量のパターンを見つけ出す試みは、ほとんどの望遠鏡が遠くの銀河を単一の光点として捉えるため、結論が出なかった。しかし、MUSE は銀河内の何千もの点を同時に撮影できる。「ハッブルとほぼ同等の画質が得られます」と、シドニー大学の共著者ニコラス・スコット氏は言う。

彼らの観測のうち 7 回は成功し、彼らは地球から見て最も真横に見える銀河の金属分布の分析に着手した。その方向によって薄い円盤が厚い円盤の中から飛び出すのに役立つと考えたからだ。彼らの考えは正しかった。

「最初に観察した銀河では、すぐに二峰性の星の分布がわかりました」、つまり薄い円盤と厚い円盤の組み合わせです、とヴァン・デ・サンデ氏は言う。二つ目の二重円盤銀河の存在は、天の川銀河がむしろ平凡であることを示唆している。おそらく、2種類の超新星がほとんどの渦巻銀河で薄い円盤と厚い円盤を自然に生成するためだろう。研究グループは、その結果を5月24日にアストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に発表した。

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この発見は決定的なものではない。MUSEでさえ他の銀河の個々の星を撮影することはできないため、金属の分布は天文学者が天の川銀河について集めたものよりもぼやけている。「リンゴとリンゴに似たものを比べるようなものだ」とスコット氏は言う。

円盤を持つ銀河が 2 つあるほうが 1 つよりはましだが、今回の発見は、両方の銀河が若いうちに激しい衝突を経験する可能性を排除するものではない。シミュレーションでは、このような衝突は 20 個に 1 個の銀河で起こることがわかっている。これはまれではあるが、極端に多いわけではない。天文学者らは、この結果を裏付けるために、データがある残りの 6 つの銀河を分析し、最終的には VLT に戻って探索範囲を広げる予定だ。「次のステップは、これを大規模に行うことです」と、ファン デ サンデ氏は言う。

今のところ、天文学者たちは、非常に標準的な銀河の最高の眺めが得られている可能性が高いと、少し安心できるだろう。

「私たちは、他のどの銀河よりも天の川銀河についてよく知っています。その詳細を、データが限られており画像が不鮮明な他の銀河に適用できれば、それは非常に強力なツールになります」とスコット氏は言う。