アンドロメダ銀河が2つの巨大な「泡」を噴出?

銀河の上下にふくらむ「フェルミ・バブル」の可能性

2016.04.22
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これは天の川銀河から広がるフェルミ・バブルのイラスト。ガンマ線、X線のデータに基づく。(ILLUSTRATION BY NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)
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 天の川銀河だけで観測されていた、ガンマ線を放つ風船のような2つのふくらみ。お隣のアンドロメダ銀河も、同様の「バブル」で挟まれている可能性があることが「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters」誌に発表された。

 地球から約250万光年離れたアンドロメダ銀河は、私たちの天の川銀河にうり二つだ。いずれも似たような質量を持ち、優美な渦巻き状の腕を形成して、宇宙空間で回転している。(参考記事:「銀河系とアンドロメダ、40億年後に衝突」

 そして、もし3人のロシア人天文学者たちが正しければ、天の川銀河の謎の現象がアンドロメダでも起きていることになる。すなわち、ガンマ線を放つ巨大な泡の噴出だ。

 NASAのフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡が発見し、「フェルミ・バブル」と名付けてから現在まで、この球状の巨大なふくらみは天の川銀河でしか確認されていなかった。また、この「泡」が2010年にたまたま発見されるまでは、こんな不可思議な構造が宇宙に存在するとはほとんど誰も考えていなかった。(参考記事:「天の川銀河からのメッセージ」

 アンドロメダにも同様の物があるとすれば、銀河がなぜ、どのようにしてこの不可解な2つ1組のふくらみを形成するのか、科学者らが解明するヒントになるかもしれない。

 今回の研究を主導したロシア、モスクワ大学のマキシム・プシルコフ氏は、「天の川銀河を含むすべての銀河がこのようなフェルミ・バブルを作り出せる可能性があります」と話す。「1例だけなら『ユニークな事例』かもしれませんが、複数の例があれば、まったく新種の高エネルギーの天体物理学現象ということになります」

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した、天の川銀河に最も近いアンドロメダ銀河の非常に鮮明な写真。(PHOTOGRAPH BY NASA, ESA, J. DALCANTON (UNIVERSITY OF WASHINGTON, USA), B. F. WILLIAMS (UNIVERSITY OF WASHINGTON, USA), L. C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON, USA), THE PHAT TEAM, AND R. GENDLER)
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 天文学者の間では、他の銀河の中心にある超大質量ブラックホールは活発な大食漢であり、他の物体を飲み込みながら高エネルギー粒子のジェットを高らかに噴き上げていることがすでに知られていた。一方、フェルミ・バブルを発見した1人である米マサチューセッツ工科大学のトレーシー・スラットヤー氏によれば、天の川銀河の中心にあるブラックホールはほとんど活動していないため、何らかのジェットを出しているだけでも驚きだったという。(参考記事:「星を食らうブラックホール」

 約3万光年の距離までふくらむバブルは、天の川銀河の活発な場所から高エネルギーの粒子が流れ出す「銀河風」だとする仮説や、銀河の中央にあるブラックホールから、エネルギーを持った粒子の雲がげっぷのように吐き出されているとする仮説がある。(参考記事:「ブラックホールの「げっぷ」が星形成を終わらせる」

 後者の場合、そのような「げっぷ」の原因は数百万年前に飲み込んだ物質に違いなく、すると、ガンマ線の噴出は天の川銀河のブラックホールが今よりずっと大食いだった頃の名残ということになる。(参考記事:「銀河系ブラックホールに最近活動の痕跡」

「うれしいというよりほっとした」

 天の川銀河にバブルを発見した天文学者たち同様、プシルコフ氏も最初からアンドロメダ銀河の中央から出るふくらみを探していたわけではなかった。探していたのはむしろ、銀河をとり囲む円盤型をしたガンマ線の「ハロー」だ。科学者の間では、このようなハローは宇宙線が銀河の周縁にある物質と衝突してできると考えられており、プシルコフ氏はその過程を研究したいと思っていた。

 アンドロメダのガンマ線の光を測定しようと、プシルコフ氏らのチームはNASAのフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡が観測した7年分のデータをダウンロード。アンドロメダ銀河に由来する600~700件のガンマ線記録を詳しく掘り下げて調べた。

 しかし、ガンマ線の起源を分析し始めても、アンドロメダの周囲に見えてくるはずのハローは現れなかった。ガンマ線の分布があまりに不均一で、彼らのモデルが成立しなかったのだ。

 落胆しつつも、研究チームはこの結果を論文として発表しようとした。すると査読者の1人から、フェルミ・バブルがアンドロメダ銀河の円盤の上下にもないかどうか、調べてみてはと提案された。

 提案を受けて研究チームが分析をやり直すと、フェルミ・バブルだと考えるモデルが最も説得力を持ち、他のどんな仮説よりも現時点でのデータをうまく説明できた。この分析結果が正しければ、アンドロメダ銀河は、1つが高さ2万光年近くにもなる2つの球状のふくらみに挟まれていることになる。

 プシルコフ氏は、「今回の成功は、ふいに飛び出してきたものでした」と振り返る。「うれしいというより、ほっとしました」

X線でも観測を、確定は今年中に

 しかしプシルコフ氏は、アンドロメダ銀河が「泡」を吹き出していることが自分たちの分析で確定したわけではないことも認めている。

 今回検出された信号には天の川銀河からのガンマ線が混入しているかもしれないし、あるいはアンドロメダ銀河の前方や背後に未知のガンマ線源がある可能性もある。プシルコフ氏は、「チームはこれらの可能性を除外するため可能な限り丁寧な過程を踏みました」としつつも「まだ状況証拠のようなもの」と慎重さを見せた。(参考記事:「ガンマ線の霧を宇宙に吐く謎のドラゴン」

 スラットヤー氏は、やはりフェルミ・バブルから放出されているはずのX線など、他の波長でもアンドロメダ銀河を観測することを勧めている。カリフォルニア大学サンタクルーズ校のレジーナ・カプト氏によれば、もしバブルが存在するなら、今の機器ではX線の方がとらえやすく、科学者らはより高い解像度で銀河を見られるという。

 問題は、既知の物質の中にはガンマ線を反射できるものがないことだ。高エネルギーの光子(フォトン)であるガンマ線は、ほとんどの物質を透過してしまう。そこでフェルミのような望遠鏡は、ガンマ線が他の物質とぶつかった結果できた残骸から光子の飛んだ道筋を再構築する必要がある。こうした複雑な過程のため、アンドロメダ銀河のように遠くにある観測対象は必然的に不明瞭になってしまうとカプト氏は話した。

 こうした課題があるとはいえ、アンドロメダ銀河のバブルに関する別のチームの見解を聞ける日はそう遠くないだろう。ガンマ線天文学の大規模な共同組織である「フェルミ-LATコラボレーション」は現在、アンドロメダ銀河のデータを独自に分析している。その結果は、今年中に発表されるはずだ。

文=Michael Greshko/訳=高野夏美

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