銀河はどのように形成されますか？

There’s a lot we don’t know about galaxies. Zakharchuk/Shutterstock
銀河について私たちが知らないことがたくさんあります。

[Published: November 25, 2021 11.20pm AEDT] – ハーシュ、14歳、コルカタ、インド

[答えてくれる先生] Jacco van Loon

ジャッコ・ヴァン・ルーン博士

キール大学天文学者

記事を音読します。

銀河 (galaxies) がどのように形成されたのかという質問に答えるには、140億年近く前の宇宙 (the universe) の誕生に近づくために時間 (time) を遡る必要があります。宇宙の素晴らしいところは、まさにそれができるということです。光 (light) が私たちに届くまでには時間がかかるので、遠くの銀河を見ると、過去と同じように見えます。

私たちが見ることができる最も遠い後ろは、宇宙の誕生から40万年後です。宇宙の歴史を人の人生の長さだと想像すると、生まれてから約20時間後を振り返るようなものです。私たちが見ているのは、輝きの壁 (wall of grow) です。これは、宇宙を作り出した強力なビッグバン (Big Bang) から残された宇宙マイクロ波背景放射 ( cosmic microwave background light) です。

物質の創造

ビッグバンは最初に途方もない量のスペースを作成し、3分後にそれをもので満たしました-私たちが物質 (matter) と呼んでいるもので。しかし、この物質は均等に広がっていませんでした。それは「宇宙の網 (cosmic web)」と呼ばれる紐と結び目にまとめられていました。私たちはこれを光の壁で見ることができます–それは均一な色を持っていません。物質がひとまとめにされた場所を反映する色の塊があります。

宇宙が冷えるにつれて、重力 (gravity) はそれらの塊に向かって物質を引き寄せ始めました。それが十分に積み重なったところで、宇宙を照らした最初の星が生まれるまで、重力は実際に離陸し、物質を引き寄せました。物質の各塊は無数の星を作成しました。

これらの塊のそれぞれが銀河になったのか、それとも塊が融合してより大きな銀河を形成したのかはわかりません。

別の謎は、すべての大きな銀河の中心に潜む超大質量ブラックホール (supermassive black holes) によって追加されます。ブラックホールは、重力が非常に強く、光さえも逃げられない空間の領域です。私たち自身の天の川の中心には、太陽の400万倍の大きさのブラックホールがあります。銀河が大きければ大きいほど、それが取り巻くブラックホールも大きくなります。これは、銀河の発達とこれらのブラックホールの発達との間に密接な関係がなければならないことを示しています。

A computer-simulated image of a supermassive black hole at the centre of a galaxy. NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI), CC BY-NC-ND 銀河の中心にある超大質量ブラックホールのコンピューターシミュレーション画像。

しかし、これらのブラックホールがどのように形成されたかは実際にはわかりません。私たちは、これが宇宙の歴史の非常に早い段階で起こったに違いないことを知っています。一つの考えは、物質の最も密集した塊が崩壊してブラックホールになったかもしれないということです。もう一つは、生きて死んだ最初の星がブラックホールを残し、次にこれらが合体して巨大な単一のブラックホールになったということです。

私たちが重力を理解していると考えるならば、私たちが見ることができるよりもはるかに多くの物質が宇宙にあるに違いないことがわかります。天文学者はそれに「暗黒物質 (dark matter)」という名前を付けました。宇宙の網は主に暗黒物質でできていると考えられています。銀河は通常、普通の物質よりも多くの暗黒物質で構成されており、銀河の間にはさらに多くの物質があると私たちは考えています。もしこれが正しければ、暗黒物質は銀河の形成に大きな影響を与えたに違いありませんが、正確な方法はわかりません。

まだ成長している

ビッグバンによって生成された物質から星のグループを作成することは、話の終わりではありません。典型的な例として天の川を取り上げます。この銀河系で最も古い星がハロー (光輪) に広がっています。これらの星は、ほぼ完全に宇宙の最初の構成要素である水素とヘリウムでできています。

The Milky Way as seen from Earth. John A Davis/Shutterstock 地球から見た天の川。

銀河の中心に近く、その周りの平らな円盤の中に、星はしばしば炭素や酸素などの他の多くの元素を含んでいます。これらの星は、それらの要素を作成した爆発した星の灰から形成されました。新しい星だけでなく、これらの要素は、私たちの地球のように、惑星を形成し続けました。

天の川はまだ2つの方法で成長しています。実際、銀河の間にはたくさんの物質があります。この物質の温度が下がると、天の川に雨が降り、新しい星の形成に燃料を供給する可能性があります。また、天の川の重力 (gravity) の引力 (pull) は、それが小さな矮小銀河 (small dwarf galaxies) 全部をむさぼり食うことを意味します。

最終的に、これらのプロセスはすべて立ち消えになり、天の川は古い赤い星々の銀河に変わります。

この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.