天の川の中心への旅: 謎と驚異

棒渦巻銀河

そこには天の川は、1,000 億から 4,000 億個の星を持つ典型的な棒渦巻銀河です。直径は約 100,000 光年、円盤内の平均厚さは約 1,000 光年です。太陽は銀河の中心から約 27,000 光年離れたところにあり、オリオンの腕。

赤外線と電波の観測により、古い星と分子ガスの大きな貯蔵庫で構成された数キロパーセクの中心棒が明らかになった。このタイプの構造はディスクのダイナミクスに影響を与え、ガスを中心に向かって流します。

銀河の中心とそのブラックホール

天の川の中心には、射手座A*、質量が \(4.3 \times 10^{6} M_{\odot}\) と推定される超大質量ブラック ホール。この推定は、近くの恒星、特に恒星 S2 の研究チームが数十年にわたって観測した動きの分析から得られたものです。アンドレア・ゲズ(1965-) とラインハルト・ゲンゼル（1952年～）。この研究により、著者らは 2020 年のノーベル物理学賞を受賞しました。

と呼ばれる中部地域射手座A、強力な磁場と高密度の分子雲が含まれています。 X線と赤外線の放射は、ブラックホールによる物質の降着に関連した周期的な活動を明らかにします。

構造とスパイラルアーム

銀河円盤はいくつかの渦巻状の腕で構成されています。ペルセウス、たて座-ケンタウルス座、ノルマそして射手座カリーナ。これらの腕は、大質量星が形成される密度が増加した領域です。それらの回転は固定的ではありません。角速度 \(\Omega(r)\) は銀河の半径 \(r\) に依存します。

観測された星の速度は、次の法則に従って予想どおりに減少しません。アイザック・ニュートン(1643-1727): 電球を超えてもほぼ一定のままです。この現象は、ハローの存在を示唆しています。暗黒物質それは銀河の総質量を支配するでしょう。

ダイナミックな環境

天の川銀河は、近隣の銀河系、特に天の川銀河と重力で相互作用します。マゼラン雲これらの相互作用は、円盤に向かう潮流とガスの流れを引き起こします。約40億年後にはアンドロメダ銀河（M31）とゆっくりと衝突し、巨大な楕円銀河が形成されると予想されている。

天の川の不思議

1. 銀河中心と射手座A*

天の川の中心には射手座A*、数百万太陽質量の超大質量ブラックホール。それは周囲の星やガス雲の力学に影響を与え、X線や電波放射を生成し、激しい重力環境における極端な現象を反映します。

2. 渦巻き腕と星形成領域

らせん状の腕は、ガスと塵の密度が最も高い領域を構成します。これらの地域では、新しい星がクラスターとして誕生し、次のような有名な星雲が生まれます。オリオン大星雲。これらの領域は銀河の恒星の孵化器であり、天の川の円盤を照らし、星の生と死を追跡することを可能にします。

3. 球状星団

球状星団は、銀河の暈の中に位置する数十万の非常に古い星が球状に集まったものです。彼らは天の川銀河の若かりし頃の証人であり、星の第一世代の化学的記憶を保存しています。これらの星団は、私たちの銀河で観察できる最古かつ最も魅力的な天体の 1 つです。

年表と起源

誕生は宇宙とほぼ同じくらい古い

の年齢天の川年齢は約136億年と推定されており、これは宇宙そのものとほぼ同じ年齢です。これは、私たちの銀河が非常に早い時期に形成されたことを意味します。ビッグバン、水素とヘリウムの最初の雲が安定した原子の形成を可能にするのに十分に冷えたとき。

最初の星: 人口 III

と呼ばれる、まさに最初の世代のスター人口IIIの、この原始ガスから形成されました。非常に巨大で寿命が短いため、すぐに超新星爆発を起こしました。これらの爆発により、炭素、酸素、鉄などの重元素が星間物質にまき散らされ、天体物理学者はこれらを一般用語「金属」に分類します。

この化学濃縮のプロセスにより、より若く、より安定した星や、地球のような岩石惑星の誕生が可能になりました。したがって、星の世代ごとに銀河の構成が変化し、水素とヘリウムでほぼ純粋な宇宙が、ますます多様な環境に変化しました。

球状星団: 銀河の若者のアーカイブ

ザ球状星団銀河系のハローは、この原始時代の直接の証人となっています。それらには非常に古い星が含まれており、時には 120 億歳を超えることもあります。真の宇宙アーカイブであるそれらは、元のガスの化学組成の記憶を保存し、天の川銀河形成の最初の段階を復元することを可能にします。

銀河円盤の形成

時間の経過とともに、ハロー内の物質が重力の影響で凝縮し、大きな回転ディスクを形成しました。この円盤では、密度が増加した領域がらせん状の腕、つまり最も若くて最も明るい星が現在も形成されている領域を生み出しました。

これらの腕の 1 つで、太陽そしてその惑星系は約46億年前に誕生しました。したがって、私たちの星は、前世代の星によってすでに豊かになった銀河物質の変容とリサイクルの長いサイクルの結果です。

星の化学的記憶

天体物理学者は、天の川銀河のさまざまな領域に分布する星の化学組成を観察することで、その歴史をたどることができます。遠い過去の名残であるハローでは金属の少ない星が優勢ですが、円盤内の星はより豊富で、星間物質の継続的なリサイクルを証明しています。

したがって、それぞれの星は、それが形成されたときの化学的特徴を持っています。このデータを銀河内の位置と組み合わせることで、円盤と中央バルジの形成年代を再構築することができました。星の光に刻まれたこの物語は、130億年を超える宇宙の進化を物語ります。

天の川銀河形成年表

出典:NASA 広告、ESO、2020 年ノーベル物理学賞。

天の川の未来

動いている銀河

そこには天の川宇宙では静止していない。範囲内で移動しますローカルグループ、約60個の重力的にリンクされた銀河の集合体。その最も巨大な隣人であるアンドロメダ銀河 (M31) は、秒速約 110 キロメートルの速度で徐々に私たちに近づいています。

この収束は、グループ内の 2 つの大きな渦巻銀河間の相互引力によるものです。望遠鏡の精密測定ハッブルそしてガイアはこの軌道を確認し、数十億年規模の将来の接触を予測することが可能になりました。

避けられない銀河衝突

天体物理学者らは、天の川銀河とアンドロメダ銀河の最初の遭遇は約40億年後に起こると推定している。この時間スケールでは、星同士は非常に長い距離離れているため、衝突することはありません。しかし、それらの重力場は混乱し、巨大な津波を発生させ、渦巻状の腕を引き伸ばします。

これらの変形は星間ガスの局所的な圧縮を引き起こし、星形成の激しい段階を引き起こします。このタイプのアクティビティは、スターバースト、天文学者によって観測された銀河の衝突でよく知られています。

新しい銀河の誕生

いくつかの通過と部分的な合体を経て、天の川銀河とアンドロメダは最終的に単一の銀河体へと合体します。数値モデルは、それが巨大な楕円銀河の形をとることを示しており、ミルコメダ。その心臓には、おそらく、射手座A*そしてアンドロメダ座の中心のブラックホール。

その後、らせん状の形態は消え、星がより球状に分布するようになります。暗黒物質は、数千億の星を収容するこの新しい構造の重力結合を維持し続けるでしょう。

太陽と星の運命

この核融合が起こると、太陽はすでに水素を使い果たし、太陽に変化します。白色矮星。すべての活動がなくなったその惑星系は、ゆっくりとミルコメダの新しい重力場に漂流するでしょう。その後、他の若いスターが引き継ぎ、合併によって生じた新しい地域を照らします。

シミュレーションによると、一部の星は重力相互作用の影響で銀河間空間に弾き出される。他のものは外側のコロナと潮汐尾、つまり古代の銀河円盤の目に見える残骸を形成するでしょう。

宇宙時間で書かれた未来

天の川の将来の歴史は、宇宙の絶え間ない進化を示しています。銀河は誕生し、成長し、出会い、変化します。約70億年後には、最終的には、現在の天の川銀河よりも質量が大きく、構造が緩い、安定した楕円銀河が誕生するでしょう。

たとえこの光景を熟考する人間がそこにいなかったとしても、星の光とこの融合の重力の痕跡は、避けられない宇宙の変容の静かな証言として残り続けるでしょう。