科学者たちは、天の川銀河にこれまで認識されていなかった特徴を発見しました。それは、天の川銀河の渦巻状の腕の一つから、若い星や星形成ガス雲の群れが、まるで木から突き出た破片のように突き出ているというものだ。約3,000光年の長さがあり、腕の向きとは大きく異なる主要な構造が確認されたのはこれが初めてです。
天文学者たちは、天の川銀河の腕の大きさや形を大まかに把握していますが、地球が銀河の中にあるために、銀河の構造の全体像を見ることができません。それは、タイムズスクエアの真ん中に立って、マンハッタン島の地図を描こうとするようなものだ。2つのビルが同じブロックにあるのか、それとも数通り離れているのかを知るために、距離を正確に測ることができるだろうか？邪魔なものがたくさんある中で、島の先端まで見通せるでしょうか？
今回の研究では、銀河系の腕の中でも「いて座の腕」と呼ばれる部分の近くに注目しました。2020年1月に引退するNASAのスピッツァー宇宙望遠鏡を用いて、生まれたばかりの星が、星雲と呼ばれるガスや塵の雲の中に埋もれている様子を探し出しました。スピッツァーは、星雲を透過する赤外線を検出しますが、人間の目に見える可視光線は遮断されます。
若い星や星雲は、それらが存在する腕の形と密接に並んでいると考えられています。今回の研究では、腕の部分を立体的に見るために、ESA（欧州宇宙機関）の「ガイア」ミッションが公開している最新のデータを用いて、星々までの正確な距離を測定しました。その結果、射手座の腕に関連する細長い構造は、若い星がほぼ同じ速度で同じ方向に宇宙を移動していることがわかりました。
「カリフォルニア工科大学の天体物理学者であり、今回の論文の筆頭著者であるMichael Kuhnは、「渦巻き腕の重要な特性は、銀河の周りをどれだけしっかりと巻いているかということです。この特性は、腕のピッチ角によって測定されます。円のピッチ角は0度ですが、渦巻きが開くにつれてピッチ角は大きくなります。「天の川銀河のモデルでは、射手座腕はピッチ角が12度程度の渦巻きを形成しているとされていますが、今回調べた構造は60度近い角度で際立っています」。
同様の構造は、他の渦巻き銀河の腕の部分にもよく見られ、「スパー」や「フェザー」と呼ばれている。何十年も前から、天の川銀河の渦巻状の腕にもこのような構造が点在しているのではないか、あるいは比較的滑らかな構造なのではないかと考えられてきました。
今回発見されたのは、「創造の柱」を含む「わし星雲」、「オメガ星雲」、「三葉星雲」、「ラグーン星雲」という、息を呑むような美しさで知られる4つの星雲です。1950年代、これらの星雲に含まれる星の大まかな距離を測定し、「いて座の腕」の存在を推測した天文学者のチームがあった。この研究は、銀河系の渦巻き構造を示す最初の証拠となった。
「天文学において、距離を測定することは最も難しいことの一つです」と、共著者であるカリフォルニア大学アーバイン校の宇宙物理学者兼情報学講師で、Gaia Data Processing and Analysis Consortium（DPAC）のメンバーであるAlberto Krone-Martins氏は述べています。「この新しい構造の形状がこれほど明らかになったのは、Gaiaによる最近の直接的な距離測定によるものです」と述べています。
今回の研究では、スピッツァーが「Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE)」と呼ばれる銀河系の調査で発見した10万個以上の生まれたての星のカタログも参考にしています。
「ガイアとスピッツァーのデータを合わせて、最終的にこの詳細な3次元地図を見ると、この領域にはこれまで明らかになっていなかったかなりの複雑さがあることがわかります」とクーン氏は言います。
銀河に渦巻き状の腕が形成される原因は、まだ完全には解明されていません。天の川銀河の構造全体を見ることはできませんが、個々の星の動きを測定できることは、この現象を理解するのに役立ちます。今回発見された構造体に含まれる星は、同じ時期に同じ場所で形成された可能性が高く、重力や銀河の自転によるせん断など、銀河内で働く力の影響を独自に受けていると考えられます。
ウィスコンシン大学ホワイトウォーター校の天体物理学者で、GLIMPSE調査の主任研究者であるロバート・ベンジャミン氏は、「結局のところ、天の川の大規模な構造には多くの不確定要素があり、その全体像を理解するためには細部を見る必要があるということを思い知らされた」と述べています。「この構造は天の川の小さな一部ですが、銀河全体について何か重要なことを教えてくれるかもしれません」。
本研究は、Astronomy & Astrophysics誌に掲載されました。
