星の傾き:天の川の形

画像: 天文学者は、天の川銀河の恒星ハロー (すべての銀河の周りの拡散した星の雲) がツェッペリン型で傾いていることを発見しました。 このアーティストのイラストは、私たちの銀河を取り囲む 3 次元のハローの形を強調しています。
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クレジット: Melissa Weiss/天体物理学センター | ハーバードとスミソニアン

マサチューセッツ州ケンブリッジ新しい研究は、私たちの銀河の円盤を取り囲んでいる明らかにされた散在する星の雲の真の形を持っています. 何十年もの間、天文学者は、この星の雲 (恒星ハローと呼ばれる) は、ビーチ ボールのように大部分が球形であると考えてきました。 現在、最新の観測に基づく新しいモデルは、恒星のハローが、キックされたばかりのフットボールのように、横長で傾いていることを示しています。

調査結果 — 今月公開 天文ジャーナル — 多くの天体物理学の主題分野への洞察を提供します。 たとえば、その結果は、私たちの銀河と銀河の進化の歴史に光を当てると同時に、暗黒物質として知られる謎の物質の進行中の追跡の手がかりも提供します。

「恒星のハローの形状は非常に基本的なパラメーターであり、以前よりも高い精度で測定できました」と、天体物理学センターの博士課程の学生であり、研究の主執筆者である Jiwon “Jesse” Han 氏は述べています。 ハーバード&スミソニアン。 「恒星のハローが球形ではなく、フットボール、ラグビー ボール、ツェッペリンのような形をしていることには、多くの重要な意味があります。好きなものを選んでください。」

「何十年もの間、恒星のハローは多かれ少なかれ球状で等方性であるか、またはあらゆる方向で同じであるという一般的な仮定がありました」と、ハンの顧問でハーバード大学の天文学の教授であり、研究の共著者であるチャーリー・コンロイは付け加えます。天体物理学センター。 「球形の星の中に埋もれた私たちの銀河系の教科書の写真は、捨てなければならないことがわかりました。」

天の川の恒星のハローは、より広く銀河のハローと呼ばれるものの目に見える部分です。 この銀河のハローは、目に見えない暗黒物質によって支配されており、その存在は、それが及ぼす重力によってのみ測定可能です。 すべての銀河には独自の暗黒物質のハローがあります。 これらのハローは、通常の目に見える物質がぶら下がっている一種の足場として機能します。 次に、その目に見える物質が星やその他の観測可能な銀河構造を形成します。 暗黒物質の根底にある性質と同様に、銀河がどのように形成され、相互作用するかをよりよく理解するために、恒星のハローは貴重な天体物理学的ターゲットです。

「恒星のハローは、銀河のハローの動的トレーサーです」とハンは言います。 「銀河のハロー全般、特に私たち自身の銀河の銀河のハローと歴史についてさらに学ぶために、恒星のハローは始めるのに最適な場所です。」

しかし、天の川の恒星ハローの形状を推測することは、私たちがその中に埋め込まれているという単純な理由で、長い間天体物理学者に挑戦してきました. 恒星のハローは、太陽系が存在する銀河の星で満たされた平面の上下に数十万光年広がっています。

「外の銀河とは異なり、私たちは銀河を見てハローを測定するだけです」とハンは言います。

問題をさらに複雑にしているのは、恒星のハローが非常に拡散していることが証明されており、銀河のすべての恒星の質量の約 1% しか含まれていないことです。 しかし、時が経つにつれて、天文学者は、このハローに存在する何千もの星を特定することに成功しました。これらの星は、その特徴的な化学組成 (星の光の研究によって測定可能) と、それらの距離と動きによって、他の天の川の星と区別できます。 .空。 このような研究を通じて、天文学者はハロー星が均等に分布していないことに気付きました。 それ以来、目標は、星の過剰な密度のパターンを研究することでした。これは、星のハローの究極の起源を整理するために、空間的に束や流れとして現れます。

CfA の研究者と同僚による新しい研究では、近年収集された 2 つの主要なデータセットが活用されており、これまでにないほど恒星のハローが形成されています。

最初のセットは、2013 年に欧州宇宙機関によって打ち上げられた革命的な宇宙船ガイアからのものです。ガイアは、近くの恒星ハロー星を含む、天の川の何百万もの星の位置、動き、距離の最も正確な測定値を編集し続けています。 .

2 番目のデータセットは、アリゾナ州のフレッド ローレンス ウィップル天文台にある MMT で実施された地上ベースの調査であり、CfA とアリゾナ大学との共同作業である H3 (高解像度のハローのヘクトシェル) からのものです。 H3 は、Gaia が評価するには遠すぎる数万の恒星ハロー星の詳細な観測を収集しました。

これらのデータを柔軟なモデルに組み合わせることで、すべての観測から恒星のハローの形状が明らかになり、明らかに非球状のハローが得られました。フットボールの形状は、これまでの他の発見とうまく一致しています。 たとえば、この形状は、天の川銀河の恒星暈の形成に関する有力な理論と独立して強く一致しています。

この枠組みによると、恒星の暈は、孤立した矮小銀河が 70 億から 100 億年前に私たちのはるかに大きな銀河と衝突したときに形成されました。 去った矮小銀河は面白いことに、Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) として知られています。ここで、「Gaia」は前述の宇宙船を指し、「Sausage」はガイアのデータをプロットするときに現れるパターン、「Enceladus」はギリシャ神話の巨人を指します。 GSEが天の川に埋められたのと同じように、山の下に埋められました。 この銀河の衝突イベントの結果として、矮小銀河は引き裂かれ、その構成星は分散したハローに散らばりました. このような起源の話は、天の川で生まれ育った恒星のハロー星に固有の類似性を説明しています。

この研究の結果は、GSE と天の川が何千年も前にどのように相互作用したかをさらに記録しています。 専門的には 3 軸楕円体と呼ばれるフットボールの形は、恒星のハローに 2 つの星が積み重なって観測されたことを反映しています。 パイルアップは、GSE が天の川の 2 つの軌道を通過したときに表面上形成されました。 これらの軌道の間、GSE は、いわゆるアポセンター、または矮小銀河の軌道の中でより大きな重力引力である重厚な天の川の最も遠い点で 2 度減速したでしょう。 これらの一時停止は、GSE スターの余分な脱落につながりました。 一方、恒星の暈の傾きは、GSE が天の川にまっすぐではなく入射角で遭遇したことを示しています。

コンロイ氏は、「恒星のハローの星の傾きと分布は、私たちの銀河が70億から100億年前に別の小さな銀河と衝突したことを劇的に確認しています。

特に、GSE-天の川の衝突からかなりの時間が経過したため、恒星のハロー星は、古典的で長い間想定されていた球形に動的に落ち着くと予想されていた. 彼らがいないという事実は、より広い銀河のハローに話しかける可能性が高いとチームは言います. この暗黒物質に支配された構造自体は、おそらく斜めになっており、その重力によって、同様に恒星のハローを不安定に保っています。

「傾いた星のハローは、下にある暗黒物質のハローも傾いていることを強く示唆しています」とコンロイは言います。 「暗黒物質のハローの傾きは、地球上の実験室で暗黒物質粒子を検出する私たちの能力にとって重要なパラメータを持っている可能性があります。」

Conroy の後者の指摘は、現在実行中および計画中の複数の暗黒物質検出器実験をほのめかしています。 これらの検出器は、天体物理学者が暗黒物質がどこに集中しているか、銀河的に言えばどこにあるかを判断できれば、暗黒物質とのとらえどころのない相互作用を捉える可能性を高めることができます。 地球が天の川を通過する際、高密度で高速の暗黒物質粒子の領域に定期的に遭遇し、検出の可能性が高まります。

恒星のハローの最も妥当な構成の発見は、宇宙における私たちの位置についての基本的な詳細を埋めながら、多くの天体物理学的調査を前進させることになる.

これらは、私たちの銀河について尋ねる非常に直感的に興味深い質問です。「銀河はどのように見えますか?」 「恒星のハローはどのように見えますか?」とハンは言います。 「特にこの一連の調査と研究により、最終的にこれらの質問に答えています。」

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天体物理学センターについて | ハーバードとスミソニアン

天体物理学センター | Harvard & Smithsonian は、ハーバードとスミソニアンの共同研究で、宇宙の性質に関する人類の最大の未解決の問題に問いかけ、最終的には答えることを目的としています。 天体物理学センターはマサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置き、米国および世界中に研究施設を持っています。


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