この銀河衝突は天の川銀河の歴史を形作った

約100億年前、天の川銀河が成長し、形を整え、独自の活動を続けていた頃、別のより小さな銀河との大規模な正面衝突に見舞われました。この宇宙的大変動は天の川銀河の構造を永遠に変え、銀河中心の超大質量ブラックホールから広がる太い渦巻き状の銀河群を形作りました。2つの新たな研究（1つは6月に発表、もう1つはまだ査読中です）は、これまで注目されていなかったこの出来事の証拠を説明しています。

クアンタマガジン

オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得て転載されました。

「これは大きな前進です」と、ウィスコンシン大学の天体物理学者エレナ・ドンギア氏は述べた。同氏は今回の研究には関わっていない。「天の川銀河の歴史がついに明らかになるというのは興味深いことです」

非常に長い年月を経て衝突の証拠を発見するために、天文学者は銀河考古学者のように、無数の残存情報をふるいにかけ、入手可能な証拠と矛盾しない物語をつなぎ合わせる必要がある。両研究チームは、欧州宇宙機関のガイア宇宙望遠鏡のデータを頼りにした。ガイアは何年もかけて何百万もの恒星について、位置や運動だけでなく、多くの恒星の明るさ、温度、年齢、組成など、非常に豊富な経歴を集めてきた。彼らは基本的に、天の川銀河の高解像度で多次元の地図を作成し、これを使用して、はるか昔の衝突の記憶を保持していると思われる古い恒星の異常な種族を発見した。「ガイアの結果は、銀河系内に存在していると疑われていながら見ることができなかったものを実際に見ることができるようにしてくれています」とコロンビア大学の天体物理学者キャサリン・ジョンストンは述べた。

劇的な衝突の兆候は以前にも見られたものの、決定的な証拠は得られていなかった。特徴的な星々がまとまって存在していれば、それがどこか別の場所から来た侵入者だとはっきり分かるはずだったが、そのような証拠は見つかっていない。遠い昔の衝突は銀河系を根底から揺るがし、その証拠となる星々が銀河中に散らばっている。「至る所に破片があります」と、ケンブリッジ大学の天文学者で、2つのチームのうちの1つのリーダーを務めるヴァシリー・ベロクロフ氏は述べた。「今、まさにその破片に囲まれているようなものです」

彼と彼のチームは、銀河の自転と同期して動いていない多数の星を発見した。それらの星は放射状の軌道を描き、銀河の中心に向かって、あるいは中心から遠ざかるように動いている。これらの星はまた、「金属」を豊富に含んでいる。これは天文学者が水素、ヘリウム、リチウムよりも重い元素を総称して呼ぶ言葉である。金属に富む星は、おそらく何世代にもわたる星の子孫である。それらは、はるか昔の銀河から天の川銀河に衝突した星々の子孫であり、その軌道は今もなお、あの宇宙の攪拌機の奇妙な軌道を反映している。

「池に石を投げれば、その波紋はしばらく続きます。同じように、数十億年前の天の川銀河の円盤を揺すっても、その反応が落ち着くまでにはしばらく時間がかかることがあります」とジョンストン氏は述べた。

ベロクロフらの研究グループは、様々な衝突シナリオに加え、大規模な衝突のない静かな歴史の可能性もモデル化した。その結果、小さな「矮小」銀河の衝突によって、現在見られるような星雲が形成された可能性が示唆された。この研究成果は今月初め、王立天文学会月報にオンラインで発表された。

オランダ、フローニンゲン大学の天文学者アミナ・ヘルミ氏が率いるもう一つのグループは、ガイア・ニュートリノのより新しく大規模なデータセットに基づき、星の化学的性質をより詳細に分析しました。超新星爆発によって生成される鉄の量は、質量は大きいものの寿命が短い星によって生成されるマグネシウムなどの元素と比較して、現在までの銀河の歴史に関する手がかりとなります。ヘルミ氏とチームはこのデータを用いて、天の川銀河の内部領域には古代の銀河衝突による残骸の痕跡が含まれていると結論付けました。彼らはこの古代銀河をガイア・エンケラドゥスと名付けました。

この衝突は、天の川銀河の構造に関する長年の疑問を解明する一助となる可能性がある。銀河系の星々からなる渦巻き状の円盤は、実際には2つの部分から構成されている。薄く密度の高い領域と、それを取り囲む厚く密度の低い領域だ。天文学者たちは、この厚い円盤がどのようにして形成されたのか確信を持てていない。これらの星々は別の銀河から来たのかもしれないし、薄い円盤の星々が相互作用し、長い時間をかけて外側へ移動してきたのかもしれない。ヘルミとベロクロフの研究は、ガイアとエンケラドゥスの衝突によって、薄い円盤の星々が厚い円盤へと放出されたことを示唆している。「もしこの衝突が若い天の川銀河で起こったとしたら、星々の円盤は損傷を受け、粉砕され、星々は銀河の高度まで吹き飛ばされたはずです」とベロクロフは述べた。

調査は継続中です。どちらの研究グループも、ガイア・エンケラドゥスの大きさや、天の川銀河に落下した正確な時期については確信が持てません。また、私たちの銀河の円盤がどのようにして加熱され、膨らんで厚くなったのかについても、確かなことは誰にもわかりません。「衝突自体がどれほど重要なのかは分かりませんが、今では（この厚い円盤を作った可能性のある）犯人が判明しました」とジョンストン氏は述べました。「本当に興味深いのは、円盤を注意深く観察し、この出来事を遡って、今も続いているより直接的な影響、つまり残されたエコーを見つけられるかどうかです。」