地球上からは普段認識のしようもないが、私たちは皆、十数個の星の爆発的な死によって宇宙空間に吹き出された巨大な「スーパーバブル」に包まれている事が明らかになっている。ローカル・バブルと呼ばれるこの構造は、太陽系を中心に約1,000光年にわたって広がっており、超新星爆発によって形成された同様のバブルは、銀河系に無数に存在している。
この宇宙のスーパーバブルは何十年も謎に包まれていたが、最近の天文学の進歩により、その進化と構造に関する重要な情報がようやく明らかになっている。この数年で、ローカル・バブルの形状が3次元的に明らかになり、その泡の表面は、宇宙空間に膨張する際にガスや塵を捕らえるため、星誕生の活発な場であることが実証されている。
今回、新たな研究では、星の形成に重要な役割を果たすと考えられているローカル・バブルの磁場が描き出され、進化するローカル・バブルの姿が露わになった。
ハーバード＆スミソニアン天体物理学センター（CfA）のTheo O’Neill氏と研究チームは、ワシントン州シアトルで開催された米国天文学会第241回年次総会で「スーパーバブル上の磁場の史上初の3Dマップ」を発表した。また、この新しいマップの詳細な視覚化も発表され、ローカル・バブルの姿がより鮮明に浮かび上がったのだ。
欧州宇宙機関（ESA）のガイア計画およびプランク計画のデータを使ってこの地図を作成したO’Neill氏は、「このローカル・バブルの3Dマップを作成することは、スーパーバブルを新しい方法で調べるのに役立つでしょう」と声明の中で述べている。O’Neill氏はバージニア大学の学部生で、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの夏期研究キャンプで、ハーバード大学の天体物理学者Alyssa Goodman氏の指導のもと、この地図を作成したのである。
Goodman氏は、「基礎物理学の立場から、磁場が多くの天体物理現象に重要な役割を果たしているはずだということは、ずっと前からわかっていました。しかし、この磁場を研究することは、非常に難しいことでした。しかし、この磁場を研究することは、非常に難しいことでした。今日のコンピュータ・シミュレーションと全天サーベイによって、微小な塵の運動から銀河団の力学に至るまで、宇宙の仕組みの全体像に磁場を取り入れることができるようになったのです。」と、述べている。
O’Neill氏と彼らの同僚は、欧州宇宙機関の2つの宇宙ミッションからの観測の助けを借りて、前例のないマップをつなぎ合わせた。ガイア計画は現在、天の川の最も詳細な地図を作成中であり、プランク計画は2013年に引退する前に宇宙で最も古い光を観測していた。
両ミッションとも、銀河系全体の塵の分布を詳細に観測しており、このデータセットを使って、研究チームは「ローカル・バブル」の謎めいた構造と仕組みを探った。
ローカル・バブルの磁場構造をマッピングする鍵は、星間塵、特に磁力線に沿って宇宙空間を移動することができる荷電粒子だ。特に、2009年から2013年にかけて宇宙マイクロ波背景放射を調べたESAのプランク計画は、この帯電した塵からの偏光したマイクロ波放射にも感度があった。偏光とは、ダストがどの方向にマイクロ波を放射しているかを示すもので、この方向は磁力線の影響を受けている。一方、2013年に打ち上げられた欧州宇宙機関（ESA）の探査機ガイアによる観測では、宇宙空間に散らばる塵や磁力線を巻き上げながら膨張するローカルバブルの表面にある星間塵の位置を明らかにした。
O’Neill氏は、まず上空の磁場の2次元マップを作成し、次に幾何学的な解析を行って3次元表現にした。Goodman氏のこれまでの研究により、太陽近傍の若い星や星形成領域の多くは、膨張するローカル・バブルの端にあり、そこで塵やガスが圧縮されていることが判明していた。O’Neill氏のマップは、磁力線がローカルバブルの表面にある大きな星形成の場所と一致していることを示している。例えば、地球から1,344光年の距離にある有名なオリオン星雲を持つオリオン分子雲である。
しかし、この地図にはいくつかの注意点があり、やや荒削りなものとなっている。「私たちは、この最初の磁場の3Dマップを作成するために、いくつかの大きな仮定をしました。技術や物理的な理解が進むにつれて、地図の精度を上げることができ、私たちが見ているものを確認できるようになるでしょう。」と、Goodman氏は述べている。
この点については、研究チームは、この新しい地図が、他の科学者が天の川に散在するスーパーバブルをよりよく理解するための基礎となることを期待している。実際、太陽は数百万年前にローカル・バブルに入ったばかりで、さらに数百万年後には銀河系に飛び出し、無数の他のバブルの中を動き回ることになるのである。
「宇宙空間は、新しい星や惑星の形成の引き金となり、銀河の全体的な形状に影響を与えるスーパーバブルでいっぱいです。このバブルは、新しい星や惑星の形成の引き金となり、銀河の形にも影響を与えます。」と、O’Neill氏は述べている。
「一つのクールな次のステップは、ローカル・バブルが他のフィードバック・バブルの近くにある場所を調べることです。”これらのバブルが相互作用すると何が起こるのか、そして、それがどのように一般的なスタート形成や、銀河構造の全体的な長期進化を促すのでしょうか。」と、彼らは結論づけている。
論文
参考文献
研究の要旨
太陽は、低温・中性ガスとダストの殻に囲まれた低密度・高温プラズマの空間であるローカルバブルの中にあることが何十年も前から知られている。しかし、このバブルの正確な形や大きさ、バブルが形成されるきっかけや時間、近傍の星形成との関係は、局所星間物質の低解像度モデルにより、いまだ不明な点が多く残されている。ここでは、新しい空間的制約と力学的制約を用いて、太陽から200 pc以内の高密度ガスと若い星の3次元的位置、形状、運動を解析した結果を報告する。その結果、太陽近傍のほぼすべての星形成複合体はローカルバブルの表面上にあり、その若い星は主にバブルの表面に垂直に外側に膨張していることが判明した。これらの若い星の運動を追跡すると、ローカルバブルの起源は、約1400万年前からバブルの中心付近で起こった星の誕生と死（超新星爆発）であるという説が支持される。超新星爆発によるローカルバブルの膨張は、周囲の星間物質を巻き上げ、星間物質の殻を作り、それが破砕され、最も顕著な分子雲になったという、超新星爆発による星形成の理論に観測的な裏付けを与えている。
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