天の川銀河の高精度な「新しい地図」作成が実現!

space

Credit: Ron Miller
point
  • 天の川銀河の新しい地図が提出された
  • 複数の電波望遠鏡を使用することにより、天の川銀河の天体を正確に把握できるようになった
  • 「新しい地図」によると、天の川銀河には対照的な4本の螺旋と1つの独立した短い螺旋がある

地球は太陽を中心とした太陽系の中にあります。そして、この太陽系はさらに大きな天の川銀河の中にあります。

ほとんどの人は、渦巻状の天の川銀河のイメージ図を見たことがあるでしょう。

しかし、その天の川銀河は想像にすぎず、実際には、中心から渦巻いている螺旋(渦状腕)の数や、天の川銀河内の太陽系の位置は正確に分かっていません

しかし今回、最近の高解像度の調査によって、より正確性な情報が加えられ、天の川銀河の最新地図が提出されました。

ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのマーク・J・リード氏と中国南京大学天文学教授であるシン・ウー・ジェン氏が、天の川銀河に関する最新の情報を報告したのです。

報告の詳細は「SCIENTIFIC AMERICAN」誌の4月1日号に掲載されています。

天の川銀河の構造と観測の障害

隣人である銀河NGC1300。真ん中に明るい棒状の領域(バー)がある。天の川銀河と似ているが、正確な鏡像ではない/Credit: NASA, ESA and Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

私たちが住む天の川銀河の近くには、「NGC1300」、「M101」という名前の渦巻状の銀河(渦巻銀河)があります。

1,800年代から1,900年代にかけて、近隣の銀河を観測することにより、天の川銀河もそれらの渦巻銀河と同じような形状をしていると推測してきました。

近隣の銀河のように、銀河の中心に棒状の領域(バー)があり、中心から外に向かって複数の渦状腕があると考えていたのです。

しかし、観測技術が向上してきたにも関わらず、つい最近まで、渦状腕の数や太陽系の位置は正確に把握できていませんでした。

理由は、天の川銀河の広大さにあります。

銀河の反対側にある星からの光は、地球に到達するまでに5万年以上かかります。当然、どの星が近いか、どの星が遠いかという判断は困難を極めます。

また、銀河は大量の微粒子(ダスト)で満たされています。ダストは光を吸収してしまうので、光学的に遠くを見ることができません。

VLBIは「距離」と「ダスト」を克服する

天の川銀河の正確な地図を作るには、「距離」と「ダスト」という障害を克服しなければいけません。

そのために採用されたのが「電波」です。光がダストに遮られるのに対し、電波はダストを容易に通過できます

「超長基線電波干渉法(VLBI:Very Long Baseline Interferometry)」と呼ばれる電波天文学の手法により、「ダスト」の障害をクリアしました。

残る障害は「距離」ですが、こちらもVLBIによって、克服できます

そもそも、「VLBI観測」は遠く離れた位置にある映像を取得するために採用されています。

遠くの星を鮮明に観測したい場合は、大きな望遠鏡が必要になりますね。

では、銀河系規模の距離を高解像度で観測するためには、どれほどの大きさの望遠鏡が必要でしょうか?

もちろん、そんな望遠鏡は作れません。

ここで、活躍するのが「VLBI」です。VLBIは複数のアンテナと原子時計を使って、それぞれの電波受信時間の差を測り、そこから高解像度の映像を取得できます

Credit:国土地理院

VLBIを活用すると、アンテナ間の距離と同じ大きさ(口径)の望遠鏡を使った結果を出せます。

つまり、アンテナ間の距離が100mであれば、100m口径の望遠鏡を使ったのと同じくらいの性能を出せるのです。

そして、研究者たちは、天の川銀河を取得するために、2つのプロジェクトを立てました。

1つのプロジェクトでは、日本の端から端へ合計4か所に電波望遠鏡を設置しました。つまり、日本列島ほどの口径の疑似望遠鏡で観測しているのです。

もう1つは、10個の電波望遠鏡を地球の西半球の大部分に分散して設置しました。望遠鏡は地球の直径だけ離れているため、約13,000km口径の疑似望遠鏡で観測していることになります。

高解像度の望遠鏡ができたなら、続いては正確な距離測定です。

距離測定には、「三角測量」と呼ばれる測量方法を活用します。

Credit: Xing-Wu Zheng and Mark J. Reid

地球は太陽の周りを公転しているため、季節によって、対象の天体が見える位置が異なります。この差を正確に測ることで、天体までの距離を求めることができるのです。

三角測量は測量士が都市のマッピングの際に利用している技術ですが、これをVLBIの高解像度疑似望遠鏡を活用して、宇宙規模で行ないます。

VLBIによって「距離」と「ダスト」の問題が解決され、天の川銀河の正確なマッピングに近づいたことが分かります。

天の川銀河の「新しい地図」

Credit:Xing-Wu Zheng and Mark J. Reid

VLBIの度重なる測定によって、天の川銀河の地図は新しくなりました。

まず、当初の予想どおり、天の川銀河の中央にはバーがあることが判明しています。

そして、中央からは適度な対称性を持つ4本の渦状腕が渦巻いています。

さらに新しい地図は、太陽系が属するローカル腕と呼ばれる「5番目の短い渦状腕」についても明らかにしています

このローカル腕は、これまで、他の渦状腕の付属品だと考えられていました。

しかし、リード氏らのデータによると、付属品ではなく「独立した渦状腕」だと考えられるようです。

また、ローカル腕は短いものの、近くのベルセウス腕と同程度量の星形成(星間物質から星がつくられる現象)を持っていることが判明しています。

Credit:Xing-Wu Zheng and Mark J. Reid

さらに、新しい地図では太陽系の位置の最新情報も掲載されています。

数十年前までは、太陽から天の川銀河の中心までは27,700光年だと考えられていました。新しい地図ではそれも更新され、26,600光年となっています。

また、天の川銀河は236km/sで回転しているとのこと。これは、地球が太陽を周回する約8倍の速度です。

これらの数値からすると、太陽系が天の川銀河を2億1200万年ごとに1周していることになります。

加えて、天の川銀河の中心部分は非常に薄く、ほぼ平面形状になっています。

最近、天文学者たちは、太陽系の位置がこの平面に対して82光年の高さにあるとの考えで落ち着きました。

しかし、リード氏らによる新しい地図では、平面に対して20光年の高さにあると考えられており、天の川銀河の平面形状の中心とあまり変わらない高さにあるとされています。

私たちの天の川銀河は他の渦巻銀河よりも際立った存在のようです。

なぜなら、渦巻銀河の3分の2は中央にバーをもっていますが、天の川銀河のようにかなり対照的な4本の渦巻を備えてはいないからです。

天の川銀河については、渦状腕の発生方法や年齢など、まだまだ判明していない部分も多くあります。

今後も、VLBIによって多くの観測が実行され、天の川銀河の地図はますます鮮明になっていくでしょう。

何かと衝突しまくって歪んだ天の川銀河、ついにその「犯人」が確定する

reference: scientificamerican / written by ナゾロジー編集部
あわせて読みたい

SHARE

TAG