天の川は歪んでいるが、天文学者はまだその理由を解明していない

地球上の生命はここ数年で奇妙な紆余曲折を経たように思えるかもしれないが、安心してほしいのは、それは私たちだけではないということだ。実際には、銀河全体が文字通り歪んでいるのだ。天文学者たちは天の川銀河の新しい3Dマップを作成し、 Nature Astronomyに発表された新しい論文で、銀河全体が歪んだ構造を持ち、次第に螺旋状にねじれていることを説明している。

これは、特に大きな驚きというわけではない。何十年もの間、天文学者たちは銀河の遠く離れた場所で水素ガスのねじれたパターンを観察してきた。しかし、そのガス層は遠くまで広がっているため、銀河内の個々の恒星が同じ種類の歪みを示しているかどうか、また天の川銀河全体で一貫した歪みがあるかどうかは、これまではっきりしていなかった。

この新しい3Dマップは、銀河の歪みをトレースすることさえ意図していなかった。「科学のほとんどは偶然の産物です」と、シドニーのマコーリー大学を拠点とする天文学者で、この新しい研究の共著者であるリチャード・デ・グライス氏は言う。彼の元大学院生で、現在は中国科学院国立天文台に所属する主執筆者のシャオディアン・チェン氏は、以前に銀河系内の5万個を超える星の観測データを、特に赤外線で大量に収集していた。チェン氏は、セファイド変光星（若く、明るく、脈動する星の一種）の観測データを使用して、天の川銀河の形状を描き出そうと決めた。

セファイド変光星は、宇宙空間の距離を測る必要がある天文学的調査に特に役立ちます。セファイド変光星は、時間の経過に伴う明るさの周期的な変化を示し、その明るさの周期を測定することで、2 点間の距離を非常に正確なスケールで測定できます。また、塵やガスは長波長の光をあまり吸収しないため、天文学者は赤外線を使用してその周期を調べます。

最終的に、チームはNASAの広域赤外線探査衛星を使って1,339個のセファイド変光星を観測し、天の川銀河のほとんどをカバーした。「私たちはそれらの天空での位置と距離を知っていました。つまり、3次元分布があるということです」とデ・グライス氏は言う。「それを太陽からの距離に対して単純にプロットするだけで、セファイド変光星によって制限された天の川銀河の形状を見ることができました。」

天の川銀河の外側に望遠鏡がないので、銀河の内側からその形を解明する必要がある。デ・グライス氏とチームはこの方法を、シドニーの庭からオーストラリアの形を解明しようとしたり、北京の公園から中国の形を解明しようとしたりするのと似ていると例えている。外側から見ることができれば、ほとんどあらゆるものの形を解明するのはずっと簡単だ。

通常、銀河の歪んだ形状は、銀河の重力が弱く、物体が曲がったりねじれたりしやすいディスクの端の不安定性によって引き起こされます。これは渦巻き銀河によく見られる現象です。

銀河の歪みは新しい発見ではないが、研究には関わっていないウィスコンシン大学の天文学者エレナ・ドンギア氏は、チームがセファイド流星群を利用して歪みをかなり高い精度で特徴づけることができる新しい銀河地図を作成した点は興味深いと考えている。

しかし、ドンギア氏は、歪みの起源については、水素ガスが恒星よりも激しくねじれているように見えることから、より詳細な説明が必要であると指摘している。「大マゼラン雲のような大きな衛星銀河、または少し前に天の川銀河の円盤に衝突したいて座矮小銀河によって生じたトルクによるものかもしれません」と同氏は言う。「著者らが主張するように、内部円盤によって生じたトルクによるものかもしれません。[著者らは]データと比較して、歪みを生成するさまざまな方法を実際には調査していません。」

それでも、今回の発見が解決に役立つはずの、より大きな天文学上の疑問がいくつかある。特に暗黒物質に関してはそうだ。宇宙の約 85 パーセントは暗黒物質でできていると考えられている。直接観測することはできないが、宇宙空間を渦巻く他の天体構造の運動に重力的に影響するため、その存在は暗示されている。「天の川銀河の星の動きを説明するには暗黒物質が必要だとわかっている」とデ・グライス氏は言う。天の川銀河の形状を理解すれば、銀河のどこに暗黒物質があるのか​​をより正確に把握できる。

この発見は、欧州宇宙機関のガイア計画にも役立つはずだ。ガイア計画は、約10億個の天体（天の川銀河の約1％）の観測を任務としている。この新しい地図は、ガイア計画に、今後測定結果が届くたびに比較するための基準を与える可能性がある。

そして、チェンの 50,000 個のカタログは、天の川銀河のさらなる謎を解明するためのより徹底的な分析に適していることも忘れてはならない。「これを使ってできることはまだまだたくさんあり、データに何があるのか​​を引き続き探究していきます」とデ・グライス氏は言う。