この驚くべき3Dマップは天の川の複雑な曲線を明らかにします

古代の天体観測者が天の川を見上げたとき、こぼれたミルクや空を横切る川を見た人もいました。干し草の跡や鳥の群れを見た人もいました。風車に気づいた人は誰もいませんでした。

内側から中心に向かって、または外側の端に向かって水平に見ていると、渦巻状の複雑な円盤を解像するのは難しい。さらに悪いことに、遠くの明るい星は近くで見ると暗い星のように見え、天文学者は奥行きを感じられなくなる。宇宙に明らかなマイルストーンがないことは、天文学の大きな悩みの 1 つだ。

しかし、研究者たちは挑戦が大好きで、何年もの苦労の末、ポーランドのチームがこれまでで最も完全な銀河の地図を公開した。彼らは銀河の何千億もの星すべてを図にしようとはしなかった。むしろ、もう少し微妙なもの、つまり天の川銀河の曲がり、膨らみ、そして密集に狙いを定めた。本日Scienceに発表されたこの結果は、私たちの宇宙の近隣における奇妙な歪みのこれまでで最高の測定値を提供し、銀河が現在の形になった経緯をより深く理解しようとする人々にとっての目標となるだろう。

「私たちの論文が銀河の過去についてのより洗練されたモデル化への非常に良い出発点となることを願っています」とワルシャワ大学の天文学者ドロタ・スコウロン氏は言う。「私たちの[星々]は、そのようなモデルの信頼性をチェックするための素晴らしいテストベッドです。」

スコウロン氏と共同研究者は、特別なビーコンを探して銀河を調査した。古典的なセファイド変光星は巨大な若い星で、太陽の数千倍明るいが、年齢は太陽のわずか10分の1で、数日から数ヶ月かけて脈動する。天文学者は、セファイド変光星の点滅が遅いほど明るく燃えていることを知っている。この関係を利用して、実際の明るさと地球から見た星の明るさを比較することで距離を計算できる。

しかし、銀河のセファイド変光星、さらには銀河自体の曲線を描く前に、研究チームはそれらを見つけなければならなかった。天文学者たちはチリのラス・カンパナス天文台から南の空をくまなく調べ、何十万枚もの写真を撮影し、10億個以上の星を精査して、セファイド変光星の位置を裏付ける定期的な暗転や明転を観察した。最終的に、研究チームはこれまでの調査で判明していたセファイド変光星と合わせて、3D銀河地図上に2,400個の星（同時研究より1,000個多い）の正確な位置を描くことができた。

「画期的な瞬間は、典型的な銀河の画像の上にセファイド変光星の最初のプロットが描かれ、その構造の豊かさに気づいたときでした」とスコウロン氏は回想する。「これには6年かかりましたが、その価値はありました。」

そうした構造の 1 つが、溶けたダリの時計のように天の川銀河の円盤がゆがんでいることだ。天文学者が最初にこのゆがみに気づいたのは 1950 年代で、片側が数千光年「上」に曲がり、もう片側が同程度「下」に曲がっている。しかし、その正確な形状に関する理解があいまいだったため、理論家たちはその根本的な原因を特定できていない。新しい地図のかつてない精度は、衛星銀河の重力による引力から銀河間磁場まで、現在考えられる原因のいくつかを排除するのに役立つかもしれない。

この地図は、天の川銀河の成り立ちを説明しようとする者にとって、新たな基準となる。例えば、研究チームは、ある年齢のセファイド変光星は集まる傾向があり、若いグループは古いグループよりも密集していることに気づいた。これは、天の川銀河が星形成の波を経験してきたことを示している。天文学者たちは、渦巻き腕がいくつあり、どれほどきつく巻いているのか、星が銀河のゆがみをどう進むのか、何が星形成の爆発を引き起こすのか、まだ正確にはわかっていない。将来の理論は、この新しい地図に似たものを生み出す必要があるだろう。

他の研究者たちは、銀河の過去を掘り下げる機会を歓迎している。「天の川銀河の構造を地図に表すことは、天文学のいくつかの分野の基礎となる」と、イタリアのトリノ大学で銀河の歪みを研究している天文学者で、今回の研究には関わっていないエロイザ・ポッジョ氏は言う。「それは銀河の形成史と深く関係している。したがって、正確な距離測定に基づく3Dマップを持つことは重要なのだ」

今後の観測により、ワルシャワ チームがまとめた図はさらに明確になるだろう。スコウロン氏は、北半球で同様のプロジェクトを実施すれば、さらに 1,500 個ほどの未発見のセファイド変光星を発見できると見積もっている。銀河中心の追加赤外線観測により、星間の塵も除去される。塵は地図の大きな誤差源である。塵は星の観測輝度を不明瞭にし、距離の推定を狂わせる。また、調査範囲を拡張して、RR こと座 RR 星として知られる古い脈動星の探索に広げれば、銀河のより古い帯状領域が地図に加わり、地図に 4 次元が加わることになる。

人々はもはや天の川を空を流れるクリームのような流れとして想像しないかもしれないが、宇宙のこの一角については、まだわかっていないことがたくさん残っている。「宇宙における私たちの位置を知ることは、いつも興味深いことです」とスコウロン氏は言う。