銀河のしくみ

夜空を見上げると、特に夏の間は、かすかな星の帯が空の真ん中に広がっているのがわかります。この星の帯は私たちの銀河、天の川です。太陽がちょうど宇宙における銀河の数十億の一つである天の川、10億200程度星の一つです。銀河は、星、ガス（主に水素）、塵、暗黒物質の大きなシステムであり、共通の中心を周回し、重力によって結合されています。これらは「島の宇宙」と呼ばれています。銀河にはさまざまなサイズと形があります。それらは非常に古く、宇宙の進化の初期に形成されたことを私たちは知っています。しかし、それらがどのように形成され、さまざまな形に進化したのかは謎のままです。

天文学者が強力な望遠鏡で宇宙の最深部を見るとき、彼らは無数の銀河を見ます。銀河は互いに遠く離れており、私たちの宇宙が拡大するにつれて常に互いに離れていきます。さらに、銀河は大きなクラスターや他の構造に組織化されており、宇宙の全体的な構造、形成、運命に重要な影響を与える可能性があります。

活動銀河と呼ばれるいくつかの銀河は、放射線の形で大量のエネルギーを放出します。それらはそれらの中心に超大質量ブラックホールのようなエキゾチックな構造を持っているかもしれません。活発な銀河は、天文学研究の重要な分野です。

この記事では、銀河がどのように発見され、どのタイプが存在するか、それらが何でできているか、それらの内部構造、それらがどのように形成および進化するか、それらが宇宙全体にどのように分布するか、そしてどのように活動的な銀河が放出するかを調べます。とてもたくさんのエネルギー。

光度距離の関係

天文学者（プロまたはアマチュア）は、望遠鏡の端にある光度計または電荷結合装置を使用して、星の明るさ（それが出す光の量）を測定できます。彼らが星の明るさと星までの距離を知っているなら、彼らはその光度、つまりそれが出すエネルギーの量を計算することができます（光度=明るさx 12.57 x（距離）²）。逆に、星の光度がわかっている場合は、その距離を計算できます。

内容

1. ギャラクシーの種類と部品
2. 銀河の歴史
3. 銀河形成
4. ギャラクシーディストリビューション
5. アクティブな銀河

銀河にはさまざまなサイズと形があります。星は1,000万個から、10兆個まであります（天の川には約2,000億個の星があります）。1936年、エドウィンハッブルは銀河の形をハッブルシーケンスに分類しました。

銀河の部分は何ですか？

渦巻銀河は最も複雑な構造を持っています。これが外から見える天の川の眺めです。

これらのコンポーネントはすべて原子核を周回し、重力によって一緒に保持されます。重力は質量に依存するため、銀河の質量の大部分は銀河円盤または円盤の中心近くにあると考えるかもしれません。しかし、天の川や他の銀河の回転曲線を研究することにより、天文学者は、質量の大部分が銀河の外側の部分（ハローのような）にあり、星やガスから放出される光がほとんどないと結論付けました。

次のページでは、銀河の歴史を見ていきます。

天文学における銀河の歴史を見てみましょう。

銀河形成を取り巻く謎はまだたくさんありますが、次のページでは、それについての最良の理論のいくつかを説明します。

光年離れて

銀河は遠く離れています。アンドロメダ銀河は、M31（メシエオブジェクト＃31）とも呼ばれ、私たちに最も近い銀河であり、220万光年離れています。天文学者は通常、メガパーセクの観点から銀河間距離を測定します。

1パーセク= 3.26光年

100万パーセク= 1メガパーセク

1メガパーセク（Mpc）= 326万光年

最も遠い可視銀河は約3,000Mpc、つまり約100億光年離れています。

さまざまな銀河がどのように形成され、今日見られる多くの形をとったのか、私たちは本当に知りません。しかし、私たちはそれらの起源と進化についていくつかの考えを持っています。

銀河形成の時期を見てみましょう。

エドウィンハッブルの観察とその後のハッブル法（後で説明します）は、宇宙が膨張しているという考えにつながりました。膨張率に基づいて宇宙の年齢を推定することができます。一部の銀河は私たちから数十億光年離れているため、ビッグバンの直後に形成されたことがわかります（宇宙を深く見ると、過去をさかのぼって見ることができます）。ほとんどの銀河は早期に形成されましたが、NASAのギャラクシーエクスプローラー（GALEX）望遠鏡からのデータは、いくつかの新しい銀河が比較的最近、過去数十億年以内に形成されたことを示しています。

初期の宇宙に関するほとんどの理論は、2つの仮定をしています。

これらの仮定から、天文学者は、密度の高い領域が膨張をわずかに遅くし、ガスが小さな原始銀河の雲に蓄積することを可能にすると信じています。これらの雲の中で、重力によってガスと塵が崩壊し、星が形成されました。これらの星はすぐに燃え尽きて球状星団になりましたが、重力が雲を崩壊させ続けました。雲が崩壊するにつれて、それらは回転する円盤を形成しました。回転する円盤は重力でより多くのガスと塵を引き付け、銀河の円盤を形成しました。銀河円盤の内部で、新しい星が形成されました。元の雲の周辺に残っていたのは、球状星団と、ガス、塵、暗黒物質で構成されたハローでした。

このプロセスの2つの要因が、楕円銀河と渦巻銀河の違いを説明している可能性があります。

銀河は単独では機能しません。銀河間の距離は大きいように見えますが、銀河の直径も大きいです。星と比較して、銀河は互いに比較的近いです。それらは相互作用し、さらに重要なことに衝突する可能性があります。銀河が衝突するとき、それらは実際に互いに通過します-巨大な星間距離のために、内部の星は互いにぶつかりません。しかし、衝突は銀河の形を歪める傾向があります。コンピュータモデルは、渦巻銀河間の衝突が楕円形の銀河を作る傾向があることを示しています（したがって、渦巻銀河はおそらく衝突に関与していません）。科学者たちは、すべての銀河の半分が何らかの衝突に関与していると推定しています。

衝突する銀河間の重力相互作用は、いくつかの原因となる可能性があります。

それで、銀河はただ宇宙に浮かんでいるのでしょうか、それとも目に見えない力がそれらの動きを調節しているのでしょうか？そして、彼らがお互いに遭遇するとどうなりますか？次のページで調べてください。

銀河は宇宙全体にランダムに分布しているわけではなく、銀河団に存在する傾向があります。これらの銀河団の銀河は重力によって結合され、互いに影響を及ぼし合っています。

天文学者のマーガレット・ゲラーとエミリオ・E・ファルコが宇宙の銀河と銀河団の位置をプロットしたとき、銀河団と超銀河団がランダムに分布していないことが明らかになりました。それらは実際にはボイドが点在する壁（長いフィラメント）に集まっており、宇宙にクモの巣のような構造を与えています。

銀河媒体-銀河と銀河のクラスタとの間の空間は-完全に空ではありません。銀河間媒体の正確な性質はわかりませんが、おそらく比較的密度の低いガスが含まれています。銀河間媒体のほとんどは低温（約2ケルビン）ですが、最近のX線観測では、一部の領域が高温（数百万ケルビン）で金属が豊富であることが示唆されています。今日の天文学研究の活発な分野の1つは、銀河間媒体の性質を決定することを目的としています。これは、宇宙がどのように始まり、銀河がどのように形成され進化するかを正確に理解するのに役立つ可能性があります。

銀河とその分布に関する1つの最終的な特性を見てみましょう。銀河の距離を測定するために、エドウィンハッブルは銀河が放出する光のスペクトルを研究しました。すべての場合において、彼は、スペクトルがスペクトルの赤い端にドップラーシフトされていることに気づきました。これは、オブジェクトが私たちから遠ざかっていることを示しています。ハッブルは、彼がどこを見ても、銀河が私たちから遠ざかっていることに気づきました。そして、銀河が遠ければ遠いほど、銀河はより速く遠ざかりました。 1929年に、ハッブルはこの関係のグラフを公開しました。これはハッブルの法則として知られるようになりました。

数学的には、ハッブルの法則は、後退の速度（V）は銀河の距離（d）に正比例すると述べています。方程式はV = Hdです。ここで、Hはハッブル定数、または比例定数です。Hの最新の推定値は、メガパーセクあたり毎秒70キロメートルです。ハッブルの法則は、宇宙が膨張していることを示す主要な証拠です。彼の研究は、宇宙の起源に関するビッグバン理論の基礎を形成しました。

一部の銀河はガスを噴出し、強い光を放出し、中心に超大質量ブラックホールを持っています。次に、活発な銀河について学びます。

ドップラー効果

消防車のサイレンからの高音がトラックが遠ざかるにつれて低くなるのと同じように、星の動きは私たちがそれらから受け取る光の波長に影響を与えます。この現象はドップラー効果と呼ばれます。星のスペクトルの線を測定し、それらを標準的なランプのスペクトルと比較することで、ドップラー効果を測定できます。ドップラーシフトの量は、星が私たちに対してどれだけ速く動いているかを示します。さらに、ドップラーシフトの方向は、星の動きの方向を教えてくれます。星のスペクトルが青い端にシフトしている場合、星は私たちに向かって移動しています。スペクトルが赤い端にシフトしている場合、星は私たちから遠ざかっています。

通常の銀河を見ると、ほとんどの光は可視波長の星から来ており、銀河全体に均一に分布しています。しかし、いくつかの銀河を観察すると、それらの核から強い光が出ているのがわかります。そして、X線、紫外線、赤外線、電波の波長でこれらの同じ銀河を見ると、明らかに核から大量のエネルギーを放出しているように見えます。これらは活動的な銀河であり、すべての銀河のごくわずかな割合を占めています。活動銀河には4つの分類がありますが、私たちが観測するタイプは、構造の違いよりも私たちの視角に依存する可能性があります。

活動銀河を説明するために、科学者は銀河核のそのような小さな領域からそれらがどのようにそのような大量のエネルギーを放出するかを説明できなければなりません。最も受け入れられている仮説は、これらの銀河のそれぞれの中心に巨大または超大質量ブラックホールがあるというものです。ブラックホールの周りには、トーラス（ガスと塵のドーナツ型の円盤）に囲まれた、急速に回転するガスの降着円盤があります。降着円盤からの物質がブラックホール（事象の地平線）の周りの領域に落ちると、それは数百万度のケルビンに加熱され、ジェットで外側に加速されます。

セイファート銀河

1943年にCarlSeyfertによって発見されたこれらの銀河（すべての渦巻銀河の2％）は、高温で低密度のイオン化ガスのコアを示す幅広いスペクトルを持っています。これらの銀河の核は数週間ごとに明るさを変えるので、中心にある物体は比較的小さくなければならないことがわかっています（太陽系のサイズ程度）。ドップラーシフトを使用して、天文学者はセイファート銀河の中心の速度が通常の銀河の速度の約30倍であることに気づきました。

電波銀河

電波銀河は楕円銀河です（全銀河の0.01％が電波銀河です）。それらの核は、銀河の上下に（光速に近い）高速ガスのジェットを放出します。ジェットは磁場と相互作用し、無線信号を放出します。

クエーサー（準恒星オブジェクト）

クエーサーは1960年代初頭に発見されました。約13,000が発見されましたが、そこには100,000にもなる可能性があります[出典：宇宙のレビュー]。それらは天の川から数十億光年離れており、宇宙で最もエネルギッシュな天体です。クエーサーの極端な明るさは一日中変動する可能性があり、これはエネルギーが非常に小さな領域から来ていることを示しています。何千ものクエーサーが発見されており、それらは遠方の銀河の中心から発していると考えられています。

ブレーザー

ブレーザーは活動銀河の一種で、約1,000個がカタログ化されています[出典：宇宙のレビュー]。私たちの視点からは、銀河から放出されるジェットを「正面から」見ています。クエーサーのように、それらの明るさは急速に変動する可能性があります-時には1日未満で。

銀河の詳細については、次のページのリンクをご覧ください。

スターバースト銀河

ほとんどの銀河は、新しい星形成の割合が低く、1年に約1回です。しかし、スターバースト銀河は年間100個以上を生成します。このペースで、スターバースト銀河は約1億年ですべてのガスと塵を使い果たします。これは、ほとんどの銀河が存在していた数十億年に比べて短いものです。スターバースト銀河は、新しく形成された星や超新星の小さな領域から強い光を放出します。したがって、天文学者は、スターバースト銀河は、銀河がどのように変化し進化するかについての短い段階、おそらく活動銀河になる前の段階を表していると考えています。

初版：2008年2月7日

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