天の川の真の姿を解き明かす：天の川の全体像をどう表現するかを探る

天の川がどのような姿をしているのか、どうやってわかるのでしょうか? - 19 世紀になってようやく、私たちは銀河の真の性質を理解し始めました。

私たちの天の川銀河、目を細めた天の川、腕と中央の棒がおおよその位置にある。 (画像提供: マーク・ガーリック/サイエンス・フォト・ライブラリー/ゲッティイメージズ)

私たちの望遠鏡は天の川の本当に素晴らしい画像を撮影してきましたが、天文学者たちは私たちの故郷の銀河について漠然とした理解しか持っていません。そのスケッチを描くだけでも大変な作業でしたが、限られた視点から多くのことを学べたことは驚くべきことです。地球の表面から見ると、天の川は空を横切って伸びる迷彩帯として肉眼で見えます。

天文学者や哲学者たちは長い間、天の川の真の性質と位置について議論してきましたが、偉大な天文学者であり、物理学者であり、万能の天才でもあったガリレオは、天の川の真の性質、つまり、光が融合するほど小さな無数の星々の存在を初めて発見しました。 17 世紀半ば、哲学者イマヌエル・カントは、天の川銀河は回転する星の円盤であり、私たちはその円盤の中に埋め込まれているため、帯のように見えるという正しい推測をしました。数十年後、天文学者のウィリアム・ハーシェルは宇宙の地図を作成しようと試みましたが、成功は限られていました。

天の川の真の性質がようやく解明され始めたのは、20 世紀初頭になってからでした。そのとき、天文学者のエドウィン・ハッブルは、アンドロメダ星雲が実際には何百万光年も離れた「島宇宙」であるアンドロメダ銀河であることを発見した。天の川は、単に近くの星々が集まった円盤ではありません。これは私たちの天の川銀河の大部分を形成しているため、私たちの銀河はこのよく知られた空の特徴にちなんで名付けられています。他の銀河を観察することで、私たちの故郷の銀河がどのような様子なのかを解明するのに役立ちます。ほとんどの円盤銀河は渦巻き状の腕と密集した中心の膨らみを持っているので、天の川銀河にもこれらの特徴があると考えるのが自然です。しかし、天の川を直接地図化するというのは極めて困難な作業です。まず、それは巨大です。最も広い部分で直径が約 10 万光年あります。

- 1,000億から4,000億個の恒星、数十万の星形成領域、無数の惑星、ブラックホール、中性子星など。したがって、天の川のほんの一部を調査するだけでも膨大なリソースが必要になります。それからほこりがあります。星間空間では、塵は光を暗くしたり散乱させたりする厄介な性質を持っています。私たちは天の川の中に埋もれているので、遠くを見れば見るほど、塵によって視界が遮られていきます。世界で最も強力な望遠鏡でさえ、銀河の反対側の領域を直接調べることはできません。

夜空に見える天の川の腕。 (画像提供: ゲッティイメージズ)

そのため、天の川銀河の地図を作成するために、研究者はさまざまな種類の観測結果を活用し、それを他の銀河との比較や巧みな理論モデル化と組み合わせて、完全な図を描きます。たとえば、球状星団はほぼ球状の配置で天の川銀河の中心を周回しています。それらの位置を3次元空間にプロットすると、中心がどこにあるかがわかります。約25,000光年離れています。

また、星が中心を周回するときの動きを調べ、重力に関する知識を使って中心核がどのように見えるかをモデル化することもできます。この技術により、私たちの銀河は「棒状」の渦巻き状であり、中心部分は細長く、おそらくはピーナッツのような形をしていると考えられています。これは、中心核付近にあるある種の赤色巨星が2つのグループに分かれており、中心核からの赤外線が対称的であることを示す観測によって確認されました。 2013年に打ち上げられたガイア宇宙船の主な使命は、できるだけ多くの星を調査し、それらの距離、動き、明るさ、色を記録することだ。これまでに、このミッションでは約20億個の星がカタログ化されているが、これは印象的ではあるが、まだ天の川銀河のすべての星の約1％にしか相当しない。

それでも、これにより天文学者は、私たちの天の川銀河の局所領域に関する膨大な情報を手に入れることになります。これらのデータは、私たちの銀河系の近隣地域の正確な地図を提供するだけでなく、他のより狭い範囲で詳細な調査と比較対照し、銀河系のより広い地図を作成するのに役立つ疑わしいものを探すための基準として使用できます。

印象的な外見にもかかわらず、密度は周囲よりも 10% 程度高いだけです。むしろ、これらの領域は活発な星形成領域であり、新しく形成された多くの大きく明るい星が存在するため、視覚的に印象的です。我々の銀河系の詳細な地図は、すべてが活発に星を形成しているわけではないため、渦巻き腕の輪郭を描くために星形成の集中度が高い場所を探すことができます。これらの技術により、天の川銀河には少なくとも 2 つの顕著な渦巻き腕があり、それらが巨大な S 字型の中央バーまたはピーナッツ型の中心核に固定されていることがわかっています。

しかし、それ以上は、状況が少し不明瞭です。この銀河には、さらに 2 本の適度に強い腕があるか、あるいは単に突起と枝が入り組んでいるだけかもしれません。あなたが目にする天の川の「地図」は、ほとんどが推測によるもので、技術が向上して理解が深まるにつれて、おそらく数年ごとに変化するでしょう。

著者: ポール・サッター

FY: 何丹淮

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