サハラ以南のアフリカのコイサンの狩猟採集民が、夜空を分割する星とほこりの曲がりくねった道を見つめたとき、彼らはキャンプファイヤーの残り火を見ました.ポリネシアの船員は、雲を食べるサメを認識しました。古代ギリシャ人はミルクの流れを見た、gala 、最終的に現代の「銀河」という用語を生み出すことになります.
20 世紀に、天文学者は、私たちのシルバー リバーが星々の広大な島の一部にすぎないことを発見し、独自の銀河起源の物語を書きました。簡単に言えば、私たちの天の川銀河は、140 億年近く前に巨大なガスと塵の雲が重力の下で合体したときに集まったと考えられています。時間の経過とともに、2 つの構造が出現しました。最初は広大な球状の「ハロー」であり、後に高密度で明るい円盤です。それから数十億年後、私たち自身の太陽系が回転してこの円盤の中に入ったため、夜に外を見るとこぼれたミルクが見えます — 円盤が空に飛び散るのを真横から見たものです.
しかし、過去 2 年間で、研究者は銀河の歴史のほぼすべての主要な章を書き直しました。どうしたの？より良いデータが得られました。
2018 年 4 月 25 日、ガイアという名前のヨーロッパの宇宙船が空に関する驚くべき量の情報を公開しました。重要なのは、ガイアの長年にわたるデータセットが、約 10 億個の星の詳細な動きを記述していたことです。以前の調査では、わずか数千人の移動がマッピングされていました。このデータにより、以前は静止していた銀河の帯が生き返った。 「ガイアは新しい革命を開始しました」と、フランスのストラスブール天文台の天文学者である Federico Sestito は言いました。
天文学者はダイナミックな星図をダウンロードしようと競い合い、次々と発見が続きました。たとえば、円盤の一部が信じられないほど古いものであることがわかりました。彼らはまた、天の川銀河の暴力的な若さを形作った壮大な衝突の証拠と、銀河が予想外の方法でかき回し続けているという新しい兆候も発見しました.
まとめると、これらの結果は、私たちの銀河の激動の過去とその進化し続ける未来についての新しい物語を紡ぎ出しました.エディンバラ大学の天文学者マイケル・ピーターセン氏は、「天の川の写真は急速に変化しました。 「テーマは、天の川は静的な物体ではないということです。物事はどこでも急速に変化しています。」
初期のスター
天文学者は、銀河の初期の時代を振り返るために、当時存在していた星を探します。これらの星は、宇宙の最も原材料である水素とヘリウムのみから作られました。幸いなことに、この初期のストックからの小さな星も燃えるのが遅いため、多くはまだ輝いています.
何十年にもわたる調査の後、研究者は超金属欠乏星として知られる 42 の古代星のカタログを作成しました (天文学者にとって、ヘリウムよりも大きな原子はすべて金属とみなされます)。天の川の標準的な話によると、これらの星は、形成される銀河の最初の部分であるハロー全体に群がっているはずです.対照的に、円盤内の星は、それ自体が平らになるまでおそらくさらに 10 億年かかると考えられていましたが、炭素や酸素などの重元素で汚染されているはずです。
2017 年後半、Sestito は、次の Gaia の結果を分析するためのコードを書くことによって、この金属に乏しい群れがどのように動くかを研究することに着手しました。おそらく、彼らの球状の経路は、光輪がどのように形成されたのかについての手がかりを提供する可能性があると彼は考えました.
ガイアのデータが公開されてから数日後、彼は完全なデータ セットから 42 個の古代の星を抽出し、それらの動きを追跡しました。彼は、予測どおり、ほとんどがハローを介して流れていることを発見しました。しかし、一部 — およそ 4 人に 1 人 — はそうではありませんでした。むしろ、天の川銀河の最も新しい領域である円盤に閉じ込められたように見えました。 「なんてこった」セスティトは不思議に思ったが、彼は別の 4 文字の用語を使っていた. 「どうしたの？」
追跡調査により、恒星は円盤の長期滞在者であり、通過する観光客だけではないことが確認されました。最近の 2 つの調査から、Sestito と同僚は、約 5,000 の金属の少ない星のライブラリを収集しました。それらの数百は、ディスクの永続的な居住者のようです。別のグループは、別の調査で特定された約 500 の星をふるいにかけ、これらの星の約 10 分の 1 が円形の太陽のような軌道に平らに横たわっていることを発見しました。そして第 3 の研究グループは、さまざまな金属量 (したがってさまざまな年齢) の星が平らな円盤軌道を移動していることを発見しました。 「これはまったく新しいものです」と主執筆者でパリ天文台の天文学者、パオラ・ディ・マッテオは言いました。
これらのアナクロニズムはどのようにしてそこに到達したのでしょうか? Sestito は、元のガスのポケットが、超新星から放出されたすべての金属を何百年にもわたってかわすことができ、その後崩壊して、一見古いように見える星を形成したのではないかと推測しました。あるいは、予定よりも 10 億年近く早く、ハローが形成されたときに円盤が形成され始めた可能性があります。
どちらがより可能性が高いかを確認するために、彼はドイツのポツダムにあるライプニッツ天体物理学研究所の研究者で、デジタル銀河シミュレーションの作成を専門とするトビアス・バックと連絡を取りました。過去の取り組みでは、予想どおり、一般的に最初にハローが生成され、2 番目にディスクが生成されました。しかし、これらは比較的低解像度の取り組みでした.
Buck は、シミュレーションの鮮明度を約 10 倍に高めました。その解像度では、実行ごとに集中的な計算リソースが必要でした。彼はドイツのライプニッツ スーパーコンピューティング センターにアクセスできましたが、1 回のシミュレーションに 3 か月の計算時間が必要でした。彼はこの運動を 6 回繰り返しました。
その6人のうち5人が天の川のドッペルゲンガーを生み出した。そのうちの 2 つは、かなりの数の金属の少ない円盤星を特徴としていました。
それらの古代の星はどのようにして円盤に入ったのですか?簡単に言えば、彼らは恒星の移民でした。それらのいくつかは、天の川よりも前の雲の中で生まれました。その後、雲はたまたま星のいくつかを軌道に乗せ、最終的に銀河円盤の一部を形成しました.他の星は、天の川銀河に激突し、出現した円盤と整列した小さな「矮星」銀河から来ました。
グループが11月に発表した結果は、古典的な銀河形成モデルが不完全であることを示唆しています。予想通り、ガス雲は崩壊して球状のハローになります。しかし、ちょうどいい角度で星が到着すると、同時に円盤を始動させることができます。 「[理論家] は間違っていなかった」とバックは言った。 「写真の一部が欠けていました。」
暴力的な若者
合併症はそれだけではありません。ガイアでは、天文学者は大変動の衝突の直接的な証拠を発見しました。天文学者は、天の川には多忙な時代があったと考えていましたが、現在ニュージャージー州プリンストンの高等研究所にいる天文学者であるヘルマー・コッペルマンは、ガイアのデータを使用して、最大の合体の 1 つから特定の破片を特定するのに役立てました。
Gaia の 2018 年のデータのリリースは水曜日に行われ、カタログをダウンロードするための猛烈な殺到により、その Web サイトが凍結した、と Koppelman は思い出しました。彼は木曜日にデータを処理し、金曜日までに何か大きなことを考えていることに気づきました。あらゆる方向に、膨大な数の暈星が天の川の中心で同じ独特な方法で行ったり来たりしているのが見えました。これは、それらが単一の矮小銀河から来たという手がかりです。 Koppelman と彼の同僚は、日曜日までに簡単な論文を作成し、6 月にはさらに詳細な分析を続けました。
銀河の残骸はいたるところにありました。ハローの内側 60,000 光年 (あらゆる方向に数十万光年広がっている) にあるすべての星のおそらく半分は、この孤独な衝突から生じたものであり、若い天の川の質量を 10 倍も増加させた可能性があります。 %。 「これは私にとってゲームチェンジャーです」とコッペルマンは言いました。 「私は多くの異なる小さなオブジェクトを期待していました.」
グループは、ギリシャの女神ガイア (原初の神の 1 つ) と彼女のタイタンの息子エンケラドゥスにちなんで、近づいてくる銀河をガイア エンケラドゥスと名付けました。ケンブリッジ大学の別のチームは、ほぼ同時期にこの銀河を独自に発見し、特定の軌道図に現れたことからソーセージと名付けました。
おそらく100億年前に天の川銀河とガイア・エンケラドゥスが衝突したとき、天の川銀河の繊細な円盤は広範囲に損傷を受けた可能性があります。天文学者は、銀河の円盤が 2 つの部分で構成されているように見える理由について議論しています。1 つは薄い円盤で、もう 1 つは星が銀河の中心を周回しながら上下に移動する厚い円盤です。ディ・マッテオが率いる研究は現在、ガイア・エンケラドスが円盤の大部分を爆発させ、衝突中にそれを膨らませたことを示唆しています。 「最初の古代の円盤はかなり急速に形成されましたが、ガイア-エンケラドゥスがそれを破壊したと考えられます」とコッペルマンは言いました。
追加の合体のヒントは、球状星団として知られる星の束に見られます。ドイツのハイデルベルク大学の天文学者であるディーデリック・クルイセンは、銀河シミュレーションを使用してニューラル ネットワークをトレーニングし、球状星団を精査しました。彼は彼らの年齢、化粧、軌道を研究させました。そのデータから、ニューラル ネットワークは銀河を組み立てた衝突を再構築できます。それから、彼は本物の天の川からのデータを解き放ちました。このプログラムは、Gaia-Enceladus などの既知のイベントや、グループが Kraken と名付けた、より古く、より重要な合併を再構築しました。
8 月、Kruijssen のグループは、天の川銀河とそれを形成した矮小銀河の合併系譜を発表しました。彼らはまた、独立した観測によって確認されることを望んでいる、過去の 10 の追加の衝突の存在を予測しました。 「残りの 10 個はまだ見つかっていません」と Kruijssen 氏は言いました。
これらすべての合体により、一部の天文学者は、ハローがほぼ排他的に移民星でできている可能性があると示唆しています。 1960 年代と 70 年代のモデルでは、ほとんどの天の川のハロー星はその場で形成されたはずであると予測されていました。しかし、ますます多くの星が銀河の侵入者として特定されているため、天文学者は、たとえあったとしても、多くの星が原住民であると仮定する必要はないかもしれない、と Di Matteo は述べた.
まだ成長中の銀河
天の川は、ここ数年、比較的静かな歴史をたどってきましたが、新参者が流れ込み続けています。南半球のスターゲイザーは、大マゼラン雲と小マゼラン雲と呼ばれる矮小銀河のペアを肉眼で見つけることができます。天文学者は長い間、このペアが天の川の衛星のように軌道を周回する確固たる仲間であると信じていました.
その後、2006 年から 2013 年にかけての一連のハッブル宇宙望遠鏡の観測により、それらは隕石のようなものであることがわかりました。バージニア大学の天文学者である Nitya Kallivayalil は、雲が毎秒約 330 キロメートルで熱くなっていると記録しました。これは、予測されていた速度のほぼ 2 倍です。
エジンバラ王立天文台の天文学者であるホルヘ・ペニャルビアが率いるチームが数年後に数値を計算したところ、高速の雲は非常に重く、おそらく以前に考えられていたよりも 10 倍大きいと結論付けました。
「驚きに次ぐ驚きでした」とペニャルビアは言いました。
さまざまなグループが、予想外に巨大な矮星が天の川の一部を引きずり回している可能性があると予測しており、今年、ペニャルビアはピーターセンと協力して証拠を見つけました。
銀河全体の動きを探す際の問題は、天の川が猛烈な星の吹雪であり、天文学者が雪片の1つから外を見ていることです。そのため、ペニャルビアとピーターセンは、地球と太陽の動きを中和する方法と、ハローの外側のフリンジが静止した背景として機能できるように、ハロー星の動きを平均化する方法を見つけるために、ロックダウンのほとんどを費やしました.
彼らがこの方法でデータを調整したとき、地球、太陽、および彼らが座っているディスクの残りの部分が、大マゼラン雲の現在の位置に向かってではなく、約10億の位置に向かって一方向に傾いていることがわかりました.何年も前に（銀河はゆっくりとした反射神経を持った動きの鈍い獣だと、ピーターセンは説明した）。彼らは最近、Nature Astronomy で発見を詳しく説明しました。 .
ハローに対するディスクのスライドは、天の川がバランスの取れたオブジェクトであるという基本的な仮定を弱体化させます。それは回転して宇宙をすり抜けるかもしれませんが、ほとんどの天文学者は、数十億年後に成熟した円盤とハローが安定した構成に落ち着いたと想定していました.
Peñarrubia と Petersen の分析は、その仮定が間違っていることを証明しています。 140 億年経った今でも、合体によって銀河全体の形が変化し続けています。この認識は、空を横切る大きなミルクの流れを理解する方法の最新の変化にすぎません.
「天の川の未来と歴史について、私たちが知っていると思っていたことはすべて、それを説明する新しいモデルが必要です」と Petersen 氏は述べています。
この記事はに転載されました Wired.com.
