過去2年間で、天文学者は私たちの銀河の歴史を書き直しました
天の川銀河に似た大きな銀河と矮小銀河との衝突のデジタルシミュレーション。天文学者は、それが天の川の形成中に少なくとも1つのそのような衝突に関与したと信じています。
代表 コイサンの人々から ブラックアフリカの夜空を分離する星やほこりの巻きストリップを観察するには、それに火の石炭を見ました。ポリネシアの船員たちは、雲をむさぼり食う空にサメを見ました。古代ギリシャ人は牛乳の流れを見て、この道を「乳白色」-銀河-と呼びました。そこから「銀河」という用語が後に由来しました 。
20世紀に、天文学者は私たちの銀河が巨大な星の島の一部にすぎないことを発見し、その後、銀河の起源についての独自の歴史を書きました[天の川が唯一の銀河ではないことが明らかになったとき、天の川の別の固有名詞として、大文字の「ギャラクシー」という単語が残されました。あたり。]。一言で言えば、天の川は約140億年前に、重力の影響下でガスと塵の巨大な雲が融合することによって作成されました。時間の経過とともに、2つの特徴的な構造が現れました。最初は巨大な球形の「ハロー」であり、次に高密度の明るいディスクです。数十億年が経過し、私たち自身の太陽系がディスクの中に現れました。そして今、夜の空を見る[光害が比較的少ない地域で/約。あたり。]こぼれた牛乳、または肋骨の側面から空に伸びる円盤が見えます。
それでも、過去2年間で、研究者たちは銀河の歴史のほとんどすべての主要な章を書き直しました。どうした？彼らはより良い品質のデータを得ました。
2018年4月25日、ヨーロッパのガイア宇宙船は、空に関する驚異的な量の情報を発表しました 。最も重要なことは、その年の間にデバイスによって収集されたデータには、約10億個の星の動きの詳細な説明が含まれていました。以前の研究では、数千しかマークされていませんでした。このデータは、以前は静的だった銀河を復活させました。 「ガイアは新しい革命を起こしました」と、フランスのストラスブール天文台の天文学者であるフェデリコ・セスティトは言い ました。
天文学者は急いで星の動的な地図をダウンロードしました。その後、発見の滝全体が現れました。たとえば、ディスクの一部が非常に古いことがわかっています。天の川の熱い若者を形作った壮大な衝突の証拠と、銀河が今日まで予想外の方法で混ざり続けていることの兆候が見つかりました。
ガイア衛星は、2013年12月の打ち上げ以来、天の川の理解に革命をもたらしました。
これらすべての結果は、私たちの銀河の激動の過去と将来の継続的な発展の新しい物語を構成します。「天の川に対する私たちの理解は非常に急速に変化しました」と、エジンバラ大学の天文学者であるマイケル・ピーターセンは言い ました。「現在、天の川は静的な物体ではないと考えられています。その範囲全体ですべてが非常に急速に変化しています。」
最古の星
銀河の初期の時代を垣間見るために、天文学者はその時に存在した星を探しています。それらは、宇宙で最も原始的な物質である水素とヘリウムだけで構成されていました。幸いなことに、その世代の最小の星も他の星よりもはるかにゆっくりと燃えるので、多くはまだ輝いています。
何十年にもわたる観測の後、研究者たちは超金属量の少ない星として知られる42人の昔の人のカタログを編集しました（天文学者はヘリウムより重いものを「金属」と呼びます）。天の川の開発の標準的な歴史によれば、これらの星はハローの全体のボリュームの周りにぶら下がっているはずです-最初に現れた銀河の部分。そして、計算によれば、回転して平らになるのに約10億年かかるはずだった円盤には、炭素や酸素などのより重い元素を含む星が存在するはずです。
2017年の終わりに、Sestitoはこの金属の少ない群れの動きを研究することを決定し、Gaiaプロジェクトで得られた結果を分析するプログラムを作成しました。おそらく、球上にある彼らの軌道は、ハローの歴史を示唆している可能性があります。
彼は完全なデータセットから42個の古代の星の軌道に関する情報を引き出しました。予想通り、それらのほとんどがハロー内を移動したことが判明しました。ただし、一部（4分の1）は異なる動きをしました。それらは、天の川の最年少セクションである円盤の平面で立ち往生しているように見えました 。 「なんてこった」セスティトは疑問に思ったが、その瞬間、彼は少し違う言葉を使った。 - 何が起こっている？"
その後の研究により、これらの星は長い間円盤の中にあり、それを通過する観光客だけではないことが確認されました。最近の2つの観測に基づいて、Sestitoらは、5,000個の金属量の少ない星のライブラリを集めました。それらの数十は間違いなくディスクの永住者であることが判明しました 。..。科学者の別のグループは、別の観察中に発見され、別の500星をとかし たそれらの軌道の10回に1回はディスクの平面上にあること。科学者の3番目のグループは 、平らな円盤の内部を周回する、異なる金属量（したがって、異なる年齢）のいくつかの星を研究しました。 「それはまったく新しいものでした」と、パリ天文台の天文学者である筆頭著者のPaola diMatteoは言いました。
これらの時代錯誤はどのようにしてそこに到達したのですか？セスティトは、古代ガスの個々のクラスターが、超新星によって長期間噴出されたすべての金属をなんとか回避し、その後、このガスから一見古い星が形成されたと理論付けました。または、ディスクがハローと同時に形になり始めました-予定より10億年早く。
これらの仮定のどれがより可能性が高いかを見つけるために、彼は銀河のデジタルシミュレーションの作成を専門とするドイツのポツダム天体物理学研究所の研究者であるトビアスバックに連絡 しました。過去には、そのような試みは通常、予想通り、最初にハローが形成され、その後にディスクが形成される結果となりました。ただし、これらの試みの解像度は比較的低かった。
これらのデジタルシミュレーションでは、私たち自身の天の川に似た銀河が形成され、宇宙の始まりから現在までの138億年にわたって進化しています。左の列は、目に見えない暗黒物質の分布を示しています。平均して、ガス温度（青-寒い地域、赤-暑い）。右側は星の密度です。行はスケールに責任があります：一番上の行は銀河円盤のクローズアップビューです。真ん中のものは少し離れており、ハローを見下ろしています。下の写真は、銀河の周囲を示す遠景です。
Buckは、シミュレーションの解像度を約10倍に高めました。このようなシミュレーションを実行するたびに、かなりの計算リソースが必要になりました。そして、彼はスーパーコンピューターセンターにアクセスできましたが。ドイツのライプニッツでは、1回のシミュレーションで約3か月の計算時間がかかりました。そして彼はこれを6回繰り返しました。
6回のうち5回、天の川の双子であることが判明しました。これらのシミュレーションのうちの2つでは、ディスクにかなりの量の金属量の少ない星が含まれていました。
これらの古代の星はディスクのどこから来たのですか？言い換えれば、彼らはスター移民でした。それらのいくつかは天の川の前に現れた雲の中で生まれました。その後、雲からのこれらの星は、将来、銀河円盤の一部を形成するような軌道にたどり着きました。他の星は、天の川と衝突して形成円盤の平面に入った矮小銀河に由来します。 公開された
結果 2020年11月の研究者は、銀河の形成の古典的なモデルが不完全であったことを示唆しています。ガス雲は実際には球形のハローに崩壊します。しかし、適切な角度で到着する星は、同時に円盤の形成を引き起こす可能性があります。「理論家は間違っていませんでした」とバックは言いました。「彼らは全体像の一部を見逃しただけです。」
嵐の青春
困難はそれだけではありませんでした。ガイアは壊滅的な衝突の直接的な証拠を明らかにするのを助けました。天文学者たちはすでに天の川が活発な生活を送っていると想定していましたが 、プリンストン高等研究所でガイアのデータを使用して働いているヘルマーコッペルマンは、最大の合併の1つの特定の残骸を見つけることができました。
Koppelmanは、Gaiaのデータが2018年4月の水曜日に公開されたことを思い出します。そして、熱狂的なファイルダウンロードレースのために、プロジェクトのWebサイトは事実上停止しました。木曜日に彼はデータを処理し、金曜日までに彼は何か大きなものに出くわしたことを知りました。天の川の中心には、同じように奇妙な方法で、あらゆる方向に多数の星が行き来していました。これは、彼らが矮小銀河に現れた証拠でした。日曜日までに、コッペルマンと彼のチームは短い科学論文を準備し 、6月までにさらに 詳細な分析を準備しました。
衝突する銀河からの破片はどこでも見つけることができました。この1回の衝突の結果、直径60,000光年（ハロー自体の半径は数十万光年）の内側のハローの星の半分までが出現した可能性があります。それは天の川の総質量を10％増加させる可能性があります。 「これはすべてを変える」とコッペルマンは言った。 「私は多くの異なる小さな物体があるだろうと思っていました。」
100億年以上にわたる天の川のような銀河の形成と発達を示すシミュレーション。多くの小さな矮小銀河がメインディスクに落ち、しばしばその一部になります。
このグループは、ギリシャの女神ガイアとその息子であるタイタンのエンケラドゥスにちなんで、私たちの銀河であるガイアエンケラドゥスと衝突した銀河に名前を付けました。別のチーム が同じ時期に同じ銀河を独自に発見し、いくつかの軌道地図でその形にちなんで「ソーセージ」と名付けました。
おそらく約100億年前に起こった天の川とガイア・エンセラダスの衝突の後、天の川の壊れやすい円盤全体に大きな被害が広がっています。天文学者たちは、なぜ私たちの銀河の円盤が、いわば、薄い円盤と、銀河の中心を中心に回転する星が上下にジャンプする厚い円盤の2つで構成されているのかについて議論しています。今日 、ディマッテオの調査によると、ガイアエンセラダスは単にディスクの大部分を引き裂いて開き、衝撃時にディスクを厚くしました。 「最初の古代の円盤は非常に急速に形成され、その後、私たちが信じているように、ガイア・エンセラダスは単にそれを破壊しました」とコッペルマンは言いました。
で 球状星団、他の合併のヒントも見つけることができます。 ドイツのハイデルベルク大学の天文学者であるDiederikKruissenは、銀河シミュレーションを使用して、球状星団を注意深く探索するニューラルネットワークをトレーニングしました。彼は、クラスターの年齢、構成、軌道を研究するためのネットワークを立ち上げました。得られたデータに基づいて、ニューラルネットワークは銀河を形成した衝突を再現することができました。そして、彼はこの情報を天の川からの実際のデータに適用しました。このプログラムは、ガイア・エンセラダスとの衝突などのよく知られた出来事と、科学者のグループがクラーケンと呼んだ、より古くてより重要な合流点の両方を再構築しました。
8月、Kruissenグループは合併のリストを公開しました 天の川とそれを形成した矮小銀河。科学者たちはまた、過去に発生したさらに10回の衝突を予測しました。これは、独立したオブザーバーから取得することを望んでいました。「これらの10回の衝突はまだ発見されていません」と、Cruissen氏は述べています。
これらの合併のすべては、いくつかの天文学者が主導してきた ためにハローがほぼ完全に移民の星で構成することができると信じています。60年代と70年代のモデルは、天の川のほとんどの星がその場で形成されると予測しました。しかし、時間が経つにつれて、ますます多くの星がエイリアンであることが判明します。おそらく、天文学者はもはや多くの、あるいはどんな星もその場で生まれたと仮定する必要はない、とディ・マッテオは言います。
静かに成長する銀河
天の川の歴史は最近かなり静かですが、新参者はそれを目指して努力を続けています。南半球の天文学愛好家は、いくつかの矮小銀河、大小のマゼラン雲を肉眼で見ることができます 。天文学者は長い間、私たちの銀河のこれら2つの忠実な衛星、天の川の衛星のようなものを検討してきました。
しかし、2006年から2013年の間に行われたハッブル望遠鏡のいくつかの 観測は、それらが私たちに向かって飛んでいる隕石のように見えたことを示しました。 バージニア大学の天文学者であるNityaKallivayalilは、彼らが約300 km / sの速度で私たちに向かってまっすぐ進んでいると計算しました。これは以前考えられていた速度のほぼ2倍です。
インドネシアのジャワ島国立公園の活火山であるブロモ山の大小のマゼラン雲の上昇。 数年後、王立エディンバラ天文台の天文学者であるホルヘペナルビア天文学者
が率いるチームが データを処理したとき、彼らは、これらの速度雲は非常に巨大でなければならないと結論付けました-おそらく以前に考えられていたよりも10倍難しいでしょう。 「驚きの後の驚き」とペニャルビアは言いました。 さまざまなグループが、予想外に重い小人が天の川の一部を持ち歩く可能性があると予測しており、今年、ペニャルビアはピーターセンと協力してその証拠を見つけました。
銀河の動きを研究する際の問題は、天の川が猛烈な星の吹雪であり、天文学者が雪片の1つから外を見ようとしていることです。したがって、ペニャルビアとピーターセンは、ほとんどの検疫で、地球と太陽の動きを中和する方法と、恒星のハローの動きを平均化して、その外側の境界が静止した背景として機能できるようにする方法を考案しました。
この方法でデータを調整した後、彼らは地球、太陽、そして彼らがいたディスクの残りの部分がすべて同じ方向に傾いていることを発見しました。しかし、彼らは大マゼラン雲の現在の場所に移動しているのではなく、10億年前の場所に移動しています（ピーターセンは、銀河は反射が遅い不器用な獣であると説明しました）。彼らは最近 詳細にジャーナルネイチャーアストロノミーでの彼らの発見。
ハローに対する円盤の動きは、天の川にバランスがあるという基本的な仮定を破壊します。回転して宇宙を滑ることができますが、ほとんどの天文学者は、数十億年後、成体の円盤とハローが安定した構成を形成したと想定していました。
PeñarrubiaとPetersenの分析は、この仮定が誤りであることを証明しています。140億年後でも、合併は銀河の全体的な形を形作り続けています。これは、私たちの空にぶら下がっている巨大な乳白色の小川で起こっているプロセスについての私たちの理解における最新の変化です。
「今、私たちはすでに知られていると思っていた天の川の未来と歴史を説明するための新しいモデルが必要です」とピーターセンは言いました。