低周波アレイ (LOFAR) と超大型アレイ (VLA) によって撮影された、さまざまな周波数でのステファンのクインテットの電波観測。赤い色は、衝撃波面、および銀河群内のいくつかの銀河やその外の銀河からの強い電波放射を示しています。クレジット:ハートフォードシャー大学。 宇宙の戦場を想像してみてください。武器はありませんが、巨大な銀河が互いに衝突し、星間物質を引き裂き、宇宙を駆け抜ける衝撃波を引き起こします。これは、およそ 9,400 万光年離れたところにある有名な銀河団であるステファンの五重奏団で起こっていることとほぼ同じです。
新しい研究では、望遠鏡の観測を利用して、いくつかの銀河が衝突する速度を計算し、時速200万マイルを超えるという驚くべき結論に達しました。しかし、この激しい衝突は、進路上にあるものを破壊するだけではありません。
銀河の岐路
ステファンのクインテットは基本的に 5 つの銀河のグループです。これらの銀河のうち 4 つは実際、約 150 年前に発見された最初のコンパクトな銀河群を形成しています。ステファンの五重奏団を、複数の銀河が集まり、相互作用し、衝突する銀河の交差点と考えてください。特に、1 つの銀河 (NGC 7318b) が高速で銀河群に突入し、大規模な衝撃波を引き起こしています。
ここで生じる乱流は星の形成を引き起こし、分子雲を圧縮して破壊し、銀河自体の構造を変化させます。現在、研究者たちは、地球上で最も強力な望遠鏡の 1 つである、スペインのラ・パルマ島にある新しいウィリアム・ハーシェル望遠鏡拡張面積速度探査機 (WEAVE) を使用して、この衝突を観察しました。
ステファンの五重奏曲の銀河の残骸。有名な銀河五重奏団のメンバー間の衝突により、若い青い星から老化した赤い星まで、幅広い色範囲のさまざまな星が明らかになります。ヒクソン コンパクト グループ 92 としても知られるステファンのクインテットのこのポートレートは、2009 年に NASA のハッブル宇宙望遠鏡に搭載された新しい広視野カメラ 3 (WFC3) によって撮影されました。 優れた分解能を備えた最先端の機器である WEAVE 分光器により、科学者は衝撃波面を前例のない詳細さでマッピングすることができました。ただし、天文学者はこの装置を使用しただけではありません。彼らは、LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) の電波観測、X 線研究、JWST のアーカイブ データなど、複数のソースからのデータを組み合わせて、クインテットの多波長ビューを作成しました。
これらすべてのデータから、彼らは NGC 7318b が時速 320 万 km (時速 200 万マイル) を超える驚異的な速度で移動し、近隣の銀河に衝突し、近くの銀河に強力な衝撃波を発生させていると計算しました。
「1877 年の発見以来、ステファンの五重奏は天文学者を魅了してきました。なぜなら、この星は過去の銀河間の衝突によって複雑な破片の領域が残された銀河の交差点を表しているからです」と、ハートフォードシャー大学の主任研究員マリーナ・アルナウドヴァ博士は述べています。
この銀河群のダイナミックな活動は、時速 200 万マイル (時速 320 万 km) を超える信じられないほどの速度で銀河が衝突することによって再び目覚め、ジェット戦闘機からのソニック ブームのような非常に強力な衝撃をもたらしました。
銀河衝撃の科学
ステファンのクインテットのジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡画像に WEAVE データが重ねられ、緑色の等高線は低周波アレイ (LOFAR) 電波望遠鏡からの電波データを示しています。オレンジとブルーの色は、WEAVE LIFU で得られる水素アルファの明るさを反映しており、銀河間ガスがイオン化される場所を追跡します。六角形は、この系の新しい WEAVE 観測のおおよその範囲を示しており、それは私たちの銀河である天の川とほぼ同じ大きさです)。クレジット:ハートフォードシャー大学 銀河間媒体での衝撃は宇宙の圧力鍋のようなものです。乱流やガスの加熱を通じてエネルギーを生成し、星の形成や分子雲の破壊を引き起こします。
「衝撃が冷たいガスのポケットを通って移動するとき、衝撃は極超音速（ステファンの五重奏団の銀河間媒体の音速の数倍）で伝わり、その威力は原子から電子を引き裂くのに十分であり、WEAVE で見られるように、帯電ガスの輝く軌跡を残します。」
しかし、衝撃が周囲の高温ガスを通過すると、その衝撃ははるかに弱くなる、と博士は述べています。ハートフォードシャー大学の学生、ソウミャディープ ダス氏。
大きな混乱を引き起こす代わりに、弱い衝撃は高温ガスを圧縮し、その結果電波が発生し、低周波アレイ (LOFAR) などの電波望遠鏡によって受信されます。
したがって、この衝突の激しさにも関わらず、水素分子と塵の粒子の一部は生き残り、衝撃後の冷却と新たな星形成の可能性の基礎を形成している可能性があります。さらに、衝撃により電波放射が増幅され、明るさが 10 倍に増加します。
高密度のガスと塵のポケットは衝撃から保護され、水素分子を形成し続けます。拡散電波フィラメントとコンパクトな音源は、NGC 7319 のジェットとの相互作用を含む衝突の影響を追跡します。
このシステムは、銀河の衝突によって構造と化学がどのように再形成されるかを示し、宇宙の進化についての洞察を提供します。 WEAVE のような高度な機器と電磁スペクトル全体にわたる補足的な観測のおかげで、科学者たちはこれらの衝突銀河の複雑な物語をつなぎ合わせています。
RAL スペースおよびオックスフォード大学の WEAVE 主任研究員であるギャビン ダルトン教授は、次のように結論付けています。
「WEAVE によってここで明らかになった詳細レベルを見るのは素晴らしいことです。ステファンのクインテットで見られる衝撃と展開する衝突の詳細と同様に、これらの観察は、私たちが現在の能力の限界で見ているかろうじて解像されている淡い銀河の形成と進化で何が起こっているのかについて、驚くべき展望を提供します。」
ジャーナル参照:M I Arnaudova et al、WEAVE First Light Observations:Origin and Dynamics of the Shock Front in Stephan’s Quintet、王立天文学協会の月次通知 （2024年）。 DOI:10.1093/mnras/stae2235
