ガイアで見つかった天の川銀河の大衝突の証拠

【2018年7月11日 フラットアイアン研究所】

英・ケンブリッジ大学および米・フラットアイアン研究所のVasily Belokurovさんたちの研究チームが、天文衛星「ガイア」の恒星データを用いた研究により、およそ80～100億年前に矮小銀河が天の川銀河に衝突した証拠を発見した。

ガイアはヨーロッパ宇宙機関が運用する位置天文衛星で、天の川銀河に属する恒星の位置と速度をきわめて精密に測定・記録している。これらの星々のデータを動径方向と円運動方向の成分に分けてプロットしたところ、動径方向に大きな速度を持つ星の集団が、まるでソーセージのような細長い形の分布となって現れたのだ。

「矮小銀河が衝突して破壊されると、その星々は天の川銀河の中で非常に細長い軌道を描くようになります。このソーセージ形の分布は天の川銀河で起こった最後の大衝突の痕跡なのです」（ケンブリッジ大学 Wyn Evansさん）。

ガイアで得られた700万個の恒星の速度分布。銀河円盤の星々は約200km/sで回転している（図の青い部分）。それとは別に、動径方向に大きな速度を持ち、円運動方向の速度はほとんど持たない星の集団がソーセージのような横長の楕円形に分布している（提供：V. Belokurov (Cambridge, UK) and Gaia/ESA）

研究チームでは、これらの星々の軌道に「ガイア・ソーセージ」という名前を付け、星々のものととなった矮小銀河を「ソーセージ銀河」と呼ぶことにした。

ソーセージ銀河のガス・星・暗黒物質（ダークマター）を合わせた総質量は太陽約100億個分以上と見積もられている。矮小銀河としてはかなり大きかったソーセージ銀河の衝突によって、天の川銀河の円盤部が広がったり、あるいは再形成が必要なほどばらばらになったりしただろう。ソーセージ銀河の残骸は天の川銀河の内部にばらまかれ、銀河中心部のバルジと銀河を取り巻く恒星ハローになったと考えられる。

こうした特徴は英・サリー大学の研究チームによる銀河衝突の数値シミュレーションでも再現されており、ソーセージ銀河に由来する星々は長く引き伸ばされた軌道を持ち、衝突後に天の川銀河の円盤が大きく厚く成長することでさらに細長く伸ばされるという結果が得られている。

さらに、ソーセージ銀河由来の星々はすべて銀河中心から同じ距離のところでUターンしており、その折り返し地点より外側では急に星がまばらになっているということも、銀河衝突を物語っている。英・ダラム大学のAlis Deasonさんは星々の軌道がこのように揃うことを5年ほど前に予測していた。今回の研究では、どのようにして星々がこのような狭い範囲の軌道に落ち着くのかも説明されている。

また研究では、ソーセージ銀河が持ち込んだ8個の球状星団も特定されている。小さな銀河は普通は球状星団を持っていないので、ソーセージ銀河はそれだけ大きかったということだろう。

「天の川銀河の歴史の中でこれまでたくさんの小さな衛星銀河が衝突合体してきましたが、この衝突が最も大規模なものだったはずです」（米・カーネギーメロン大学 Sergey Koposovさん）。

相互作用する銀河の例、おとめ座のNGC 5426（右上）とNGC 5427（中央）。天の川銀河と矮小銀河の衝突もこのような現象だったかもしれない（提供：V. Belokurov (Cambridge, UK); based on image by ESO/Juan Carlos Muñoz）

（文：中野太郎）