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超新星が多すぎると、銀河の星形成が遅くなることが判明

チリにある欧州南天天文台のVLTサーベイ望遠鏡で観測された、さんかく座銀河M33の可視光画像(赤と白)に、宇宙線による風(青と緑)を重ねた想像図。(Credit: Institute for Research in Fundamental Sciences- IPM & European Southern Observatory (ESO))

星間風は、強力な変化をもたらす。それは、星が誕生するプロセスを中断させたり、完全に停止させたりすることができるのだ。ニューメキシコ州のカール・ジャンスキー超大型干渉電波望遠鏡群を用いた天文学者チームが、銀河M33を研究した結果、このようなことが判明した。また、高速の宇宙線が、星間空間を流れる風を押し出すのに大きな役割を果たしていることも分かったのだ。

超新星爆発による風や銀河の中心部からのジェットが、星の形成を「抑制」するという考えは新しいものではない。原始星が形成するのに必要なガスやダストを奪ってしまうのだ。

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カニ星雲(別名:メシエ天体1)は、超新星爆発で宇宙線が放出された例である。(Credit: NASA)

さて、ここで興味深いことがある。それらの超新星が発生すると、大量の宇宙線が放出されるのだ。超新星爆発が起きれば起きるほど、宇宙線は大量に放出される。そして、その宇宙線が星間風に影響を及ぼし、最終的に星の誕生を破壊してしまうのだ。

イラン基礎科学研究所のFatemah Tabatabae(ファテマ・タバタベイ)氏は、「私たちの銀河系やアンドロメダ銀河では、宇宙線による銀河風を見たことがありますが、M33のような銀河では初めてです」と述べています。Tabatabae氏のチームは、VLA、ドイツのエフェルスベルク電波望遠鏡、およびミリ波、可視光、赤外線の各種望遠鏡を用いて、この近隣の銀河の観測を行った。

宇宙線、星形成、そして銀河

星の形成と銀河の形成は密接な関係にある。一般に、銀河は水素を多く含む雲の中で生まれた小さな星の集まりとしてスタートし、合体して成長していく。小さな銀河が混ざり合い、大きな銀河が生まれる。その大きな銀河がまた衝突し、合体する。そして、その合体が新たな星の誕生を促すこともよくある。私たちの天の川銀河もそうだし、M33もそうだった。

また、銀河全体に散らばる塵の混じった水素ガスの雲では、星が生まれ続けている。星形成のバーストは、利用可能なガスやダストを食べ尽くしてしまうので、銀河の形 (モルフォロジー) に影響を与える。また、星は年をとると、その中心で作った元素を星間物質(ISM)に還元する。そして、その物質が次世代の星や惑星になるのだ。さらに、Tabatabae教授率いる研究チームが発見したように、最も重い星が死ぬときには宇宙線が発生する。この宇宙線は、星間空間に風を送り込み、磁場と相互作用することで高速で移動する。

大量の宇宙線は圧力前線を形成し、ガスや塵で満たされた恒星の隙間にぶつかる。この風は、ガスや塵で満たされた星の隙間にぶつかり、雲を吹き飛ばし、星を作るのに必要な要素を運び去ってしまうのだ。つまり、宇宙線は星の形成を抑制する風を起こす。宇宙線は、星がたくさん生まれているはずの銀河系にとって、大きなダメージとなるのだ。そのため、星が死んでいく過程で宇宙線がどのように発生し、放出されるかを追跡することが重要となる

VLAが捉えたM33の姿

VLAの観測により、Tabatabae教授はM33の星形成領域を30パーセク(100光年弱)ほどの小さな領域で調べることができるようになった。星形成領域だけでなく、星が生まれていない領域も見ることができるのだ。この2つの領域は、どのようなプロセスや出来事が星形成に影響を与えるのかを理解する上で重要だ。

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ニューメキシコ州にあるVLA(Very Large Array)。他の電波天文台や光学観測所とともに、M33と、星形成を乱す宇宙線による風の影響を調べるために使用された。(Credit: NRAO/AUI/NSF; J. Hellerman)

「VLA の観測から、M33 の宇宙線は、宇宙線が生まれた領域から逃げ出し、より広範囲な風を駆動できるようになっていることがわかりました」と、国立電波天文台のWilliam Cotton(ウィリアム・コットン)氏は述べている。これらの観測結果から、M33の非常に活発な星生成領域では、多くの超新星爆発や超新星残骸が存在し、そのような宇宙線による風が発生しやすくなっているのではないかと考えている。

「このことは、宇宙線が銀河風の一般的な原因であり、特に宇宙の歴史の中で星形成の速度が速かった初期の時代には、宇宙線が銀河風の原因であったことを意味します。このメカニズムは、銀河の時間的進化を理解する上で、より重要な要素になります」と、Tabatabae氏も述べている。

研究チームは、M33を超える大規模な銀河のサンプルで同様の研究を行うことで、星形成を乱す宇宙線駆動の風について、より多くの情報が得られることを期待している。特に、SKA (Square Kilometer Array) や ngVLA (次世代 VLA) などの施設は、現代宇宙の他の銀河や、より古い時代の銀河の探査に適していると考えられている。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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