どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「天の川銀河の腕にまつわる定説を覆す新発見」というテーマで動画をお送りしていきます。

最も身近な銀河である天の川銀河は、その全貌を掴むのが極めて難しい銀河です。

主な理由は地球が銀河円盤面内部にあるので、俯瞰的にその姿を見ることができないためです。

それでも、天の川銀河内に含まれる様々な天体の、地球からの距離を一つ一つ正確に分析していくことで、3次元的な天の川銀河の地図を描くことができます。

地道な作業ですが、これまで最新技術を用いて膨大な天体が分析され、ある程度正確な天の川銀河の全貌が掴めてきました。

●最近分かってきた天の川銀河の姿

天の川銀河は、星が高密度に集まった円盤構造が渦を巻いているように見える構造を持つため、「渦巻銀河(正確には棒渦巻銀河)」に分類されます。

この渦巻構造の直径は10万光年以上と言われています。

そして近年のより詳細な観測によって、さらに詳細な特徴まで理解されるようになりました。

中でも特筆すべき構造について簡単に振り返ってみます。

○歪んだ円盤とその形成メカニズム

天の川銀河の円盤構造は、実は歪んだ形状をしていることが知られていました。

ですがこのような形状になった原因については、長らく確定的なことまではわかっていませんでした。

そんな中最近の観測により、この歪み構造の公転周期が6～7億年ということが判明しています。

これは太陽系が約2億年で銀河を1周するのと比べると遅いですが、ゆがみ構造の形成原因がこれまで考えられていた銀河磁場やダークマターだった場合では説明できないほど、予想外に速いものであったそうです。

このことから、このゆがみ構造を形成したのはより高エネルギーの現象、つまり銀河同士の衝突である可能性が高まりました。

天の川銀河自体も、矮小銀河との衝突で大きな影響を受けているということです。

○フェルミバブル

近年、天の川銀河の中心を挟み込むように上下に広がる巨大なガス球が発見され、「フェルミバブル」と名付けられました。

フェルミバブルからは高エネルギーのガンマ線が放たれています。

フェルミバブルは非常に巨大で、上下の球がそれぞれ直径2.5万光年にもなり、上下合わせて5万光年の範囲に渡って広がっていると考えられています。

フェルミバブルの起源は、天の川銀河中心部の、質量が太陽の430万倍も重い超大質量ブラックホールいて座A*であるという説が有力となっています。

天の川銀河中心にある巨大なブラックホール「いて座A*」は今でこそ活動が比較的穏やかですが、昔は非常に活発であったと考えられるようになっています。

○超巨大なハロー

渦巻銀河には一般的に、恒星やダークマターが、円盤領域全体を球状で包み込むように分布している「ハロー」と呼ばれる構造が存在しています。

最近の研究で、天の川銀河ハロー内に含まれる天体の正確な距離を分析したところ、なんと地球や天の川銀河中心部から実に100万光年以上離れたところにもハロー内の天体が存在していることがわかりました。

ハローまで含めた天の川銀河の全体は、円盤部分と比べてまさに桁違いに巨大である可能性が高まってきています。

●銀河の「腕」にまつわる新事実

では今回の本題に入っていきます。

渦巻銀河や棒渦巻銀河では、「渦状腕」と呼ばれる、星が周囲よりも高密度で集まり少し明るい領域が渦を巻くように銀河中心部から伸びている構造が見られます。

天の川銀河の場合、これまでの観測によって4つの主要な腕を持っていると考えられてきました。

ですが実は、多くの天の川銀河外の渦巻銀河は腕を2つしか持っていないことも知られています。

一般的には他の腕があっても、銀河衝突などが原因で分裂して小さくなるそうです。

では天の川銀河は、たまたま4本の腕を持ったレアケースなのでしょうか？

もちろんその可能性もありますが、従来の推定が誤っている可能性も考慮し、渦状腕の正確な分布を再検討する必要がありました。

そこで中国の研究チームは、最新の観測データに基づいて銀河の腕の分布をより正確に解明しようと試み、その成果をまとめた論文を2023年4月に公開しています。

渦状腕は高密度領域であり、大量のガスが高密度で集まる星形成が活発な領域や、そこで誕生した大質量星、さらにはそれらが集まった散開星団などの存在比も、他の領域と比べて特に高いという性質があります。

そのような渦状腕に特に多く存在する天体や領域の地球からの距離を最新のデータに基づいて正確に分析することで、かつてないほど詳細に渦状腕の分布を推定することに成功しました。

大質量星と散開星団は可視光で観測が可能です。

星形成が活発な領域も、そこに含まれるガスが放つ「メーザー」と呼ばれる特有の電波を観測することで、位置を特定することができます。

そしてこちらが最新の観測で得られた、天の川銀河の渦状腕の分布図となります。

GC（Galactic Center）が天の川銀河中心部で、赤い丸が太陽系の位置です。

その距離は約27000光年であるとされています。

画像内の三角が、電波で観測された高密度な星形成領域が存在する位置です。

これらの分布から、渦状腕の分布（各色の実線）が導き出されました。

点線の部分は観測に基づいていない、推定の部分です。

太陽系近傍のグラデーションは、大質量星や散開星団の密度分布が示されています。

青から赤になるにつれて、その領域に大質量星や散開星団がより高密度で存在していることが示されています。

この分布から導き出された渦状腕の推定位置は、黒い実線で描かれています。

先述の電波観測で導き出された渦状椀の位置（色付きの実線）ともよく合致しています。

最新の研究により、主要な腕はピンク色で描かれた「ペルセウス腕」とオレンジ色で描かれた「ノーマ腕」の2つだけだと判明しました。

それ以外の腕もいくつかあるものの、主要な2つの腕と比べてはるかに短く、中心から離れており、非常に不規則であり、実際にはおそらく主要な腕にはつながっていないそうです。

これまでの渦状腕の分布の推定と比べてみると、銀河中心部付近での解釈が明確に変化しているのがわかるはずです。

腕が2本しかないという事実は、一般的な渦巻銀河の特徴とも合致しており、天の川銀河が特別なものではないことを示す結果となります。

これは天の川銀河がたまたま特別であるという推定より、もっともらしい推定と言えます。

主要ではない小さな腕が形成されたメカニズムとしては、古代の銀河衝突による可能性が示されていますが、現時点では確定的なことはわかっていないようです。

最も身近でありつつ、観測が難しく多くの謎に包まれた天の川銀河。

今後もこの銀河の研究が続き、多くの謎が解明されていくのが楽しみです。