アルマ望遠鏡、90億光年以上彼方に巨大な角を生やした銀河を発見

欧州南天天文台は1月11日(現地時間)、国立天文台も参加するアルマ望遠鏡での観測により、93億光年彼方に、1年間に太陽約1万個分に相当する大量のガスを吹き出す銀河「ID2299」を発見したと発表した。

同成果は、イギリス・ダーラム大学/フランス原子力・代替エネルギー庁(CEA)のアナガラジア・プグリ(Annagrazia Puglisi)氏らの研究チームによるもの。詳細は、天文学専門誌「Nature Astronomy」に掲載された。

ID2299は大量に恒星を誕生させている銀河で、その活発さは我々の天の川銀河の数百倍にもなる(天の川銀河は現在、星の形成があまり活発ではない状況にある)。その一方で大量のガスを銀河外に放出しており、星の形成活動を続けられなくなる時期が迫っている。放出のペースがこのまま維持されると、数千万年後にはガスが枯渇してしまい、恒星は形成されなくなるという計算だ。

星の形成が活発な銀河からガスが放出されるというダイナミックな天体物理現象は、これまでも観察されてきた。しかし、そうした銀河においてガスの枯渇から星の形成が終わろうとしているところが観察されるのは、今回のID2299が初めてだという。

そもそも、銀河からガスが放出されるという現象が起きるのはなぜか。その原因のひとつとして考えられているのが大質量ブラックホールだ。大質量ブラックホールは太陽の数百万倍から数十億倍という巨大な質量を持ち、宇宙のほぼすべての銀河において、その中心にあると考えられている。大質量星の超新星爆発後に誕生する恒星質量ブラックホールとは異なる経緯で誕生したと考えられている。

しかし、ブラックホールは光すら脱出できない強大な重力で何もかも吸い込む天体である。理論上の天体で何もかも吐き出すというホワイトホールならいざ知らず、ブラックホールが銀河外までガスを噴出させるのに一役買っているのはなぜか。そのヒントは「降着円盤」にある。

降着円盤とは、ブラックホールの強大な重力にとらえられたガスやちりなどが、周囲を回転することでできあがったものだ。この降着円盤においてはガスやちりなどがとてつもない高速度で回転しており、それらがこすれあうことで強大なエネルギーが生じる。そして、そのエネルギーがガンマ線やX線などの高エネルギー電磁波の形で放射され、それら電磁波の影響を受けて、ガスが銀河外にまで押し出されると考えられている。

また大質量ブラックホールを主要因とした別の説では、ブラックホール近傍から噴き出すガスのジェットに巻き込まれる形でガスが流出するというものもある。そのほかには、大量に形成された大質量星の光の圧力、または超新星爆発の衝撃などにより、ガスが銀河外に流出されるという説が発表されている。

しかしプグリ氏らの研究チームは、いずれの説であってもID2299で観測されたような膨大な量のガスが流出することを説明できないという。そこで研究チームが注目したのが、ID2299が別の銀河との衝突を経験しているという点だった。ふたつの銀河がかつて衝突合体してID2299となる過程で、潮汐力によって大量のガスが銀河から流れ出したのではないかと推測しているというのである。

銀河と銀河の衝突というのも、ダイナミックな天体物理現象だ。宇宙では同格の銀河同士が衝突したり、大型の銀河が小型の銀河を吸収するなどの衝突現象は頻繁に発生している。約136億年前に誕生したとされる天の川銀河もこれまで幾度となく周辺の小型銀河を飲み込んできたとされる証拠が見つかっているし、約40億年後にはより大型のアンドロメダ銀河と衝突することが予想されている。

なお、銀河同士が正面衝突しても、恒星同士の間は非常に距離があるために恒星同士の衝突はまず起こらない。ただし、潮汐力などによってそれまで属していた銀河から放り出されてしまう可能性はある。実際、宇宙には触角や尻尾が伸びているかのような、「アンテナ銀河」と呼ばれる銀河がいくつもある。こうした衝突時に放り出された恒星と同様に、ガスも銀河外に大きく流れ出すと考えられるが、それがID2299でも起きたと考えられているのである。

大質量ブラックホールや恒星の超新星爆発などによるガスの流出と、銀河同士の衝突の結果のアンテナは同じように見えることから、これまで観測されたガスが流出している銀河の中には、衝突の結果のものが含まれている可能性があるという。

今回の発見は、もともとはアルマ望遠鏡を用いて、100個以上の遠方銀河を観測し、それらの低温ガスの性質を調べるという研究の中でのことだった。ID2299が観測されたのはわずか数分間だったそうだが、アルマ望遠鏡の高い性能により、遠方銀河で星形成が停止するメカニズムについて、新しい光を投げかけた形となった。膨大な量のガスが銀河外まで放出される現象は、銀河進化に関する研究を進展させる重要なピースとなると期待されている。