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銀河

銀河は出会いと別れを繰り返す永遠の旅人?天の川銀河の物質の半分は別の銀河からやってきた

 激しく動く銀河、宇宙は決して孤独ではなかった

 私たちの太陽系が所属する銀河系は、直径 約10万光年、厚さ 約1000光年、恒星数 2000~4000億個の渦巻銀河か、棒渦巻銀河だと考えられている。銀河系の中心は地球から見ていて座の方向に約3万光年離れた所に位置しており、いて座Aという強い電波源がある。ここは超大質量ブラックホールが存在することが確実視されている。

 広い宇宙には銀河系のような銀河が無数に存在することが分かっている。銀河系の近くには、アンドロメダ銀河やさんかく座銀河 (M33)など、35個の銀河があり、局部銀河群を構成している。これらの銀河群がいくつか集まって、おとめ座超銀河団を形成している。

 銀河系の周りには数多くの矮小銀河が周回している。これらの矮小銀河の中で最も大きいものが直径約2万光年の大マゼラン雲である。これに対して最も小さいりゅうこつ座矮小銀河、りゅう座矮小銀河、しし座II矮小銀河は直径500光年しかない。


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銀河中心のブラックホールの大きさが、渦巻の広がりでわかる?強い関連性発見!

 銀河の渦と台風の渦

 美しい銀河。銀河(galaxy)は、恒星やコンパクト星、ガス状の星間物質や宇宙塵、そして正体が詳しく分かっていない暗黒物質(ダークマター)などが重力によって拘束された巨大な天体である。

 銀河には、1000万個程度の星で成り立つ矮小銀河から、100兆個もの星々を持つ巨大な銀河まである。これら星々は恒星系、星団などを作り、その間には星間物質や宇宙塵が集まる星間雲、宇宙線が満ちている。ほとんどの銀河では質量の約90%を暗黒物質が占める。

 観測結果によれば、すべてではなくともほとんどの銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在すると考えられている。これは、いくつかの銀河で見つかる活動銀河の根源的な動力と考えられ、銀河系もこの一例に当たると思われる。


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建設途上の南アフリカのミーアキャット電波望遠鏡で、1300個の銀河を一度に発見!従来の18倍も

 電波望遠鏡で見る広大な宇宙の姿

 電波天文学は、電磁波を使って観測する天文学の一分野である。対象とする電磁波の周波数帯によって、可視光による従来の天文観測、赤外線天文学、紫外線天文学、 X線天文学、ガンマ線天文学に分類されているが、最も波長の長い電波を使って観測を行う。

 天体からの電波は微弱であるため、観測は電波望遠鏡によって行われる。電波は波長が長いために星間物質による散乱を受けにくく、可視光では観測できない暗黒星雲の背後などを観測することが可能である。しかし、短波より波長が長い(40m以上)電波は電離層で反射されるために地上に届かない。また波長の短い(3cm以下)電波は大気中の水分子や酸素分子によって吸収されるため、やはり地上に届きにくい。そのため、その間の波長の電波が観測に使用されている。

 電波望遠鏡の設置場所は、人間の生活によって生じる電波ノイズが少ない場所が適している。例えば電子レンジの電波もノイズとして感知する。また、波長の短い電波は大気中の酸素や水蒸気によって吸収されるため、大気が薄く乾燥している高山地帯の方が観測可能な波長の範囲を大きくできる。 そしてなるべく低緯度にある方が地平線に隠れる天体が少ないため、多くの種類の天体を観測できる。


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新しいタイプの銀河発見!超大質量ブラックホールからの風で、星の形成を妨げられた銀河「レッドガイザー」

 星の形成を妨げる超大質量ブラックホールからの風

 銀河には、主に楕円型・渦巻型(渦巻・棒渦巻)・レンズ状を含む不定形がある。ハッブル分類はこれをより包括的に記述した分類である。しかしあくまで外観上の特徴を捉えた考察であるため、スターバースト銀河のように星形成の程度や活動銀河のような活発な中心部を持つものなど、おのおのの重要な特性を反映していないという指摘もある。

 今回、星形成が行われておらず中心部の超大質量ブラックホールから時おり風が吹き出すという特徴を持つ、「レッドガイザー」と呼ばれるタイプの銀河の観測から、星形成を妨げる原因となる銀河中でのガスの加熱が超大質量ブラックホールからの風によって引き起こされていることが明らかになった。

 近傍宇宙では、若い青い星が少ないため赤く見える、星形成が行われていない銀河が大半を占めている。しかし、こうした星形成が不活発な銀河の中には、星形成に必要な材料となるガスはじゅうぶん存在しているにもかかわらず星形成が行われていない銀河もある。どのようなメカニズムで星形成が停止しているのかは謎であり、天文学者を長年悩ませてきた。


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意志を持つ宇宙?銀河中心ブラックホールの自転軸、宇宙の巨大網に沿う

 ブラックホールに続々と新発見!

 ブラックホールを発見したのは誰だろうか?、インド生まれのアメリカの天体物理学者。シカゴ大学教授のスブラマニアン・チャンドラセカール(1910-1995)である

 1983年ノーベル物理学賞を受賞する。受賞理由は「星の構造と進化において重要な物理過程の理論的研究」であった。今では「ブラックホール」としてよく知られる天体の存在を世界で初めて指摘した。

 驚いたことに彼はこの考えを、わずか19歳の時に発見した。1910年、イギリスの統治下にあった英領インドのラホール(現パキスタン領)に生れた彼は、1930年、マドラスのプレシデンシ大学を卒業。当時の宗主国イギリスのケンブリッジ大学に留学する。

 1930年の夏。幼少時から地元で「神童」と呼ばれ、数学や物理学の難問を解いていたチャンドラは、ケンブリッジ大へと留学するため、イギリスへ向かう船の甲板上(アラビア海あたりを航行中)でこの「理論」をひらめき、それをたった10分で計算によって証明したという。しかし、彼の考えは40年近くも認められることはなかった…。


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約131億光年前、宇宙初期に突然現れた銀河を“すばる望遠鏡”で発見!

 宇宙最初の銀河はどのように誕生したか?

 ビッグバン直後には宇宙は非常に均質であった。これは宇宙マイクロ波背景放射の観測で確認できる(ゆらぎは10万分の1以下である)。この頃、宇宙にはほとんど構造はなく、銀河もなかった。そのため、初期の滑らかで均質な宇宙から、どのようにして今日のような不均質な宇宙が生じたのかという疑問が生じる。

 このような構造が生じた過程に関する最も受け入れられた理論は、今日見られる全ての構造は、宇宙の密度のわずかな変化である初期ゆらぎから生じたとするものである。

 冷やされた暗黒物質の塊が凝縮し始め、その中でガスが凝縮し始めた。初期ゆらぎは重力によってガスや暗黒物質を密度の濃い領域に引き寄せ、こうして後に銀河となる種が形成された。

 このような構造の中から最初の銀河が生まれた。この時点で、宇宙はほぼ水素、ヘリウムと暗黒物質で占められていた。最初の原始銀河が形成されるとすぐに、その中に含まれる水素とヘリウムが集まり始め、最初の恒星が誕生した。


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超巨大ブラックホールにガンマ線の稲妻!高エネルギーニュートリノ観測!

 史上最大のブラックホール

 ブラックホール (black hole) は謎の多い天体である。極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない。

 2012年11月、宇宙観測史上最大かもしれない超大質量ブラックホールを2億2000万光年離れた小さな銀河「NGC 1277」の中心部に発見したことを、米天文学者らが発表した。質量は太陽の170億倍で、銀河の7分の1を占めるという。

 研究チームによれば、標準的なブラックホールが銀河に占める質量の割合は0.1%ほど。これほど巨大なブラックホールは想定外で、宇宙の形成に関する定説が見直しを迫られる可能性があるという。 「NGC 1277」の大きさは地球のある天の川銀河(Milky Way)のわずか10分の1だが、ブラックホールの「口」の大きさは、海王星の太陽周回軌道の11倍以上にも及ぶ。


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我々の宇宙は何処に?天の川銀河が属する超銀河団「ラニアケア」を発見!

 私たちの宇宙は何処に?

 私たちの“地球”は、宇宙のどこにあるのだろう?もちろん地球は太陽系の第3惑星であるが、広い宇宙から見るともっともっと広い星の集団に属していることがわかっている。

 すなわち、地球は太陽系に、太陽系は銀河系に含まれている。さらに銀河系は銀河団に所属し、さらに超銀河団に所属することがわかっている。最近では、さらに大きな集団の存在も知られている。

 超銀河団に含まれる銀河は、宇宙の糸に通されたビーズのように連なっている。それぞれの糸が、グレート・アトラクター(大重力)へと繋がっている。銀河系は、これらの糸のうちの1本の端にあり、ローカルボイド(超空洞)の縁に位置する。ローカルボイド(超空洞)とは、その名の通り、ほとんど何もない空間だ。


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