私たちの銀河系最大のガス構造は、赤ちゃん星の工場で満たされています

私たちの銀河は、神秘的で不可解な渦を巻いています。何万光年も伸びるヒトデのような塵と星の腕が、円盤全体が風車のように回転しながら一緒に渦を巻いています。しかし、円盤の外側に閉じ込められている銀河の地図製作者たちは、有利な位置からその構造を見ることはできません。地球からは、天の川全体が、空に広がる 1 つの明るい帯に短縮されて見えます。

しかし今、天文学者のチームがその帯を広げ、地球の銀河系近隣のこれまでで最も正確な3Dマップの1つを作成した。研究者たちは1世紀以上にわたり、赤ちゃん星を生み出すような局所的な塵の雲が、最も遠い惑星のはるか向こうの太陽の周りの遠いリングにあると信じてきた。しかし、新しい視点から、形も規模もまったく異なる構造が明らかになった。むしろ、雲は巨大な波を形成し、局所的な渦巻き腕に沿ってまっすぐに伸びながら、銀河の円盤の上下に曲がっていると、チームは火曜日のネイチャー誌で発表した。

「我々が巨大な波のようなガスの集まりの隣に住んでいるとは、あるいはそれが天の川銀河の局部腕を形成しているとは、どの天文学者も予想していなかった」と、ハーバード大学の天文学者でこの論文の著者の一人であるアリッサ・グッドマン氏はプレスリリースで述べた。

新しい地図は、150年来の謎を解くのに役立つ。つまり、天文学者が近くの恒星の育成場を点と点とで結んだとき、それらが単一の3,000光年幅のリング、いわゆるグールドのベルトを形成しているように見え、それが（都合よく）太陽の中心近くに位置するように見える理由だ。太古の暗黒物質の衝突による衝撃波の拡大ではないかと示唆したが、コンセンサスは得られなかった。それでも、グールドのベルトの概念は、天の川銀河の私たちの隅で星が生まれる場所を説明する上で不可欠なものとなった。「私たちの銀河系の一部における星形成と恒星の育成場に関する私たちの理解はすべて、このモデルに基づいています」と、新しい研究の共著者であるハーバード大学の天文学者キャサリン・ザッカーは言う。しかし、ザッカーと彼女の同僚は、古典的なモデルが間違っていたことを知った。リングの形は単なる錯覚だったのだ。

研究チームは、地球からの距離を計算して、地元の塵雲を3Dで地図に描くことにした。星形成領域の塵は、若い星からの光を遮るため、一般的に距離の測定を困難にするが、研究チームはそれを有利に利用する方法を見つけた。完全に消滅していない星は、星の光が塵を透過すると赤く見える。これは、太陽光が地球の大気圏をより多く通過すると夕焼けがオレンジ色に見えるのと同じである。この色の変化と、地球から星までの距離を測定する欧州のガイア宇宙船の正確な位置データを組み合わせることで、研究チームは各塵雲が宇宙空間のどこに漂っているかを正確に特定することができた。

そして、その雲のパターンは、まったくの驚きだった。雲はリング状ではなく、巨大な波を描いていた。研究チームはこれをハーバード大学の研究所にちなんでラドクリフ波と名付けた。「私たちは実質的に、恒星の誕生場の最大のカタログを作成したのです」とザッカー氏は言う。「そして、このラドクリフ波の構造がすぐに浮かび上がったのです」

上から見ると（インタラクティブな 3D モデルをここで試すことができます）、その構造は 9,000 光年に及ぶ細い線に変形し、天の川銀河で知られている最大の天体の 1 つとなっています。研究チームは、この天体に少なくとも太陽 300 万個分のガスと恒星が含まれていると推定しています。一方、横から見ると、円盤の中央から上下数百光年離れたところでピークに達し、その後次第に小さくなる起伏のある丘と谷を形成しています。この波は、最も近い地点で太陽系からわずか 500 光年の距離にあり、銀河中心の周りの太陽の動きに基づいて、地球がこの波を通過したのはわずか 1,300 万年前、つまり最古の類人猿が出現する数百万年前であると研究者らは推定しています。

研究者らは、その波紋のような形状から、この波はおそらく動いており、その山と谷は、くねくねと動くウナギのように宇宙の時間をひっくり返す運命にあると示唆している。この複雑な動きを研究するには、今後 Gaia からのデータが必要になるが、チームは視線方向からダスト雲を観測することで、ダスト雲の育成地が地球に向かって、あるいは地球から遠ざかる方向に蛇行する程度を測定することができる。このデータは、ダスト雲がたまたまこの印象的なパターンに収まったのではなく、実際に 1 つの一体化した物体として一緒に動いていることを示唆している。

「オリオン座のような非常に有名な星形成領域を、もはや単独で考えることはできません」とザッカー氏は言う。「それらは、9,000光年にわたって広がるこの巨大な構造の一部です。天の川銀河で星形成がどのように起こるかについては、このより広い銀河の文脈で考える必要があります。」

ラドクリフ波には、説明を必要とする 2 つの特徴があります。それは、波の長さに沿った直線性と、波の上下方向の起伏です。そして、それらは必ずしも関連しているとは限りません。

天文学者が、都合の良い上から下への視点で他の銀河を拡大すると、腕が曲線を失うことがよくあることに気づいた。遠くから見ると滑らかな螺旋のように見えるものが、マッチ棒で円を描こうとしたときのように、端から端まで並んだ一連の線分に分解される。ラドクリフ波は、それらの銀河のマッチ棒とほぼ同じ長さであり、波自体が私たちの銀河腕の直線部分である可能性があることを示唆している。

腕の重力が腕自体のガスを直線に引き寄せる仕組みについては多くの理論が予測しているが、ラドクリフの波のようにこれらの部分が波打つとは誰も予想していなかった。

腕が波打つ理由を説明するために、ズッカー氏は太古の外傷について推測している。遠い昔、周回する矮小銀河か巨大なガス雲が私たちの近所を襲い、まっすぐな腕の一部に反響を引き起こし、現在も揺れ続けているのかもしれない。

ラドクリフ波の歴史を解明するには、さらなる分析と、ガイア衛星によるより正確な恒星の位置測定が必要になる。ガイア衛星の次回のデータは今年後半に公開される予定だ。しかし、この天体の発見はすでに銀河に衝撃を与えている。「この発見は、渦巻き腕のモデル化に関する私たちの理解を変えることになるだろう」とザッカー氏は言う。