ガス雲同士の衝突が星団の誕生を引き起こす、名大などがメカニズムを解明

名古屋大学は3月10日、大阪府立大学ならびに国立天文台などとの共同研究の成果として、宇宙空間に漂うガス雲同士が衝突することが、星団を生み出す主要なメカニズムであることを発見したと発表した。

同成果は、名古屋大学大学院理学研究科の立原研悟准教授、同福井康雄名誉教授、大阪府立大学大学院理学研究科の西村淳研究員、同藤田真司研究員らによるもの。詳細は個々の天体や物理現象を緻密に検証した20編の論文と、それらをまとめたレビュー論文として2021年1月付の査読付き天文学術雑誌「日本天文学会欧文研究報告 (Publications of the Astronomical Society of Japan)」の特集号として刊行された。

星の集団である星団は、宇宙に大小さまざまな存在していることが知られている。星の数が1万個以上を巨大星団、100万個以上を球状星団と呼ばれ、天の川銀河にも150個ほどの球状星団が存在していることが確認されている。しかし、天の川銀河のこうした球状星団はいずれも誕生から100億年ほど経過しており、誕生から数百万年程度の若い星団は星の数が数万個以下のものばかりであることも確認されている一方で、大マゼラン雲などでは誕生から数百万年程度とみられる若い球状星団なども確認されており、その違いの解明が求められていた。

星の誕生は、宇宙を漂うガス雲が、自らの重力で収縮して形成されることが知られているが、巨大な星団を作るには、それだけでは不十分で、短時間に大量のガスを圧縮する必要があると考えられてきた。しかし、その外部要因が何なのかについては、謎とされてきたという。

今回の論文集に収録されたガス雲同士の衝突で誕生したと考えられる星団の位置と、代表的なガス雲の電波観測結果 (C)名古屋大学、大阪府立大学、国立天文台、ESO、NASA、JPL-Caltech、R. Hurt(SSC/Caltech)、Robert Gendler、Subaru Telescope、ESA、the Hubble Heritage Team(STScI/AURA)、Hubble Collaboration、2MASS

今回の一連の成果は、その謎に迫るもので、研究グループが注目したのはガス雲同士の衝突による星団の誕生モデルだという。この仮説検証に向け、複数の電波望遠鏡を駆使し、観測を長年にわたって行ったほか、北海道大学ならびに京都大学の協力のもと、3D流体数値シミュレーションを実施。シミュレーションの結果、複数のガス雲が衝突した際に、その境界面で急激に密度が上昇し、そこで星が誕生することが示唆されたことから、実際の観測データとそれを照らし合わせたところ、多くの星形成領域がガス雲の衝突によって誘発されたことが判明したという。

数値シミュレーションで再現した2個の球状のガス雲が衝突する様子 (C)北海道大学、京都大学

例えば太陽系から約6000光年と、もっとも近い生まれたての巨大星団として知られる「わし星雲」は、地球から遠ざかる方向に進むガス雲と近づいてくる方向に進むガス雲が衝突している様子が観測され、大質量星をプロットしたところ、ガス雲が交差するところであることが確認されたという。

また、わし星雲の10倍という天の川銀河最大級の生まれつつある巨大星団で、太陽系から約18000光年離れた場所にある「W51星雲」では4つのガス雲が衝突していることが判明。さらに、約7000万光年かなたの2つの銀河が衝突しているアンテナ銀河(触覚銀河)として知られる場所では、2つの銀河(NGC 4038とNGC 4039)がぶつかったところで、もともと互いが持っていたガス雲同士がぶつかって球状星団が出来上がりつつあることが判明したという。

研究グループでは、規模は大きいが天の川銀河のものと同じガス雲の構造が見られ、星団の誕生にガス雲の衝突が不可欠であるという可能性が高まったとする。また、これにより、ビッグバン以降、基本的に重元素が星を生み出す、ということが繰り返されてきたことまでは分かっていたが、その先の銀河の成長についても説明できるようになる可能性がでてきたともしている。

今回の研究成果の意義 (資料提供:名古屋大学/大阪府立大学) (C)名古屋大学、大阪府立大学、国立天文台、ESO、NASA、JPL-Caltech、R. Hurt(SSC/Caltech)、Robert Gendler、Subaru Telescope、ESA、the Hubble Heritage Team(STScI/AURA)、Hubble Collaboration、2MASS

なお、研究グループでは、今後の研究として2つの方向性が考えられるとしている。1つは、宇宙誕生間もないころ、100億年以上昔、より活発に星団が形成されていった時代において、どのようにそれが形成されていったのかという方向性だという。もう1つは、より小規模な衝突現象の解明だという。宇宙の星のほとんどは、太陽のような軽い星であり、それらはより小規模なガス雲衝突が引き起こした可能性があるとしており、これは太陽系がどうやって誕生したのか、といった謎の解明につながる可能性があるほか、太陽系からもっとも近いガス雲衝突の探索などにもつながる可能性があるとしている。