銀河進化とは？

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晴れた夜には、夜空に天の川のバンドを作ることができます。数千年の間、天文学者たちはそれを畏敬の念で見つめ、ゆっくりと私たちの太陽は銀河系の数十億の星の1つにすぎないことに気づきました。やがて、私たちの道具や方法が改善されるにつれて、天の川自体が宇宙を構成する数十億の銀河の1つにすぎないことに気づくようになりました。

相対性理論の発見と光の速さのおかげで、私たちは宇宙を見通すとき、私たちは時間をさかのぼることも理解するようになりました。 10億光年離れたオブジェクトを見ると、そのオブジェクトが10億年前にどのように見えたかもわかります。この「タイムマシン」効果により、天文学者は銀河がどのようになっているか（つまり銀河の進化）を研究することができました。

銀河が形成され進化するプロセスは、ビッグバンの直後に始まった、時間の経過に伴う着実な成長が特徴です。このプロセス、および最終的な銀河の運命は、依然として強い魅力の対象であり、謎の共有にまだ悩まされています。

銀河の形成：

現在の科学的なコンセンサスは、宇宙のすべての物質がビッグバンとして知られているイベントの間におよそ138億年前に作成されたということです。この時点で、すべての物質は、密度が無限で、特異性と呼ばれる激しい熱を持つ非常に小さなボールに圧縮されました。突然、特異点が拡大し始め、私たちが知っている宇宙が始まりました。

急速に膨張および冷却した後、すべての物質の分布はほぼ均一でした。その後の数十億年の間に、宇宙のやや密度の高い領域が重力によって互いに引き付けられ始めました。したがって、それらはさらに密に成長し、ガス雲と大きな物質の塊を形成しました。

原始銀河内の水素ガスの雲が重力崩壊を受けて最初の星になったため、これらの塊は原始銀河となりました。これらの初期のオブジェクトのいくつかは小さく、小さな矮小銀河になりましたが、他のものははるかに大きく、私たちの天の川のようなおなじみの渦巻き形状になりました。

銀河の合併：

形成されると、これらの銀河は、グループ、クラスター、スーパークラスターと呼ばれるより大きな銀河構造に一緒に進化しました。時間の経過とともに、銀河はそれらの重力の力によって互いに引き付けられ、一連の合併で互いに衝突しました。これらの合併の結果は、衝突した銀河の質量に依存します。

小さな銀河は、大きな銀河によって引き裂かれ、大きな銀河の質量に追加されます。私たちの天の川は最近、いくつかの矮小銀河をむさぼり食い、銀河の中心を周回する星の流れに変えました。しかし、同じようなサイズの大きな銀河が集まると、それらは巨大な楕円銀河になります。

これが起こると、繊細な螺旋構造が失われ、融合した銀河は大きく楕円形になります。楕円銀河は、これまでに観測された中で最大の銀河です。これらの合併のもう1つの結果は、中心にある超大質量ブラックホール（SMBH）がさらに大きくなることです。

すべての合併が楕円銀河になるわけではありません。しかし、すべての合併は、合併した銀河の構造に変化をもたらします。たとえば、天の川は近くのマゼラン雲との小さな合併イベントを経験していると考えられています。近年では、Canis Majorの矮小銀河が私たちの銀河と融合していることが判明しています。

合併は激しい出来事と見なされていますが、実際の衝突は、星間の距離が非常に大きいことを考えると、星系間で発生するとは考えられていません。ただし、合併により重力衝撃波が発生し、新しい星の形成を引き起こす可能性があります。これは、私たち自身の天の川銀河が約40億年の間にアンドロメダ銀河と融合するときに起こると予測されていることです。

銀河の死：

最終的に、銀河は、冷たいガスとダストの供給がなくなると恒星の形成を停止します。供給がなくなると、星形成は数十億年の間に減速し、完全に停止します。ただし、進行中の合併により、新しい星、ガス、およびダストが古い銀河に確実に堆積し、寿命が長くなります。

現在、私たちの銀河は水素のほとんどを使い果たしていると考えられており、星の形成は供給がなくなるまで遅くなります。私たちの太陽のような星は、100億年ほどしか存続できません。しかし、最も小さくてかっこいい赤い小人は数兆年続くことができます。しかし、矮小銀河の存在とアンドロメダとの差し迫った合併のおかげで、私たちの銀河はさらに長く存在することができました。

しかし、宇宙のこの付近にあるすべての銀河は、最終的には重力によって互いに結合し、巨大な楕円銀河に融合します。天文学者は、この種の「化石銀河」の例を見てきました。その良い例が、メシエ49（超巨大楕円銀河）です。

これらの銀河は、星形成ガスのすべての埋蔵量を使い果たしており、残っているのはより長持ちする星だけです。結局のところ、非常に長い時間をかけて、これらの星は次から次へとウィンクアウトし、すべてが宇宙の背景温度になるまで続きます。

私たちの銀河がアンドロメダと合流し、ローカルグループ内の他のすべての近くの銀河と合流した後も、同様の運命をたどると予想できます。そして、銀河の進化は何十億年にもわたって発生しており、予見可能な将来にわたって起こり続けます。

私たちはスペースマガジンに銀河に関する多くの記事を書きました。天の川とは何か、天の川はどのように形成されたのか、銀河が衝突したときに何が起こるのか、銀河が死んだときに何が起こるのか、銀河進化の新たなスピン、そしてスーパーコンピュータが銀河の進化を研究する、

銀河に関する詳細情報が必要な場合は、ハッブルサイトの銀河に関するニュースリリースをご覧ください。NASAの銀河に関するサイエンスページはこちらです。

また、銀河についての天文学キャストのエピソード、エピソード97：銀河も記録しました。

出典：