銀河系の外に広がる宇宙

人類が、我々の住む銀河系の外側にも同じような銀河が多数あることを認識し、しかもそれらが宇宙膨張によって遠ざかっていることを知ったのは１９２０年代のことだから、まだ１００年も経っていないことになります。

銀河系を出てその外の宇宙を観測した時に見えるのは、広大な宇宙空間に浮かぶ無数の銀河です。望遠鏡で夜空を観測すると、望遠鏡の角分解能では分解できずに「点」にしか見えない天体と、ぼうっと広がった天体に分かれます。

前者のほとんどは、銀河系の中に浮かぶ恒星です。ごくたまに、星のように点状でありますが実は宇宙論的な遠方にあるクェーサーという天体が混じっているのです。そして後者は、星団や惑星状星雲などの銀河系内の天体もありますが、そのほとんどは銀河系の外にある遠くの銀河です。

これから、人類の認識する宇宙がどのように銀河系の外に広がっていったかを見ていきますが、その前に「そもそも銀河とはどのようなものだろうか?」という事がとても気になります。この問いに対する最も一般的な答えは、銀河とは星の集合体であるというものです。

確かにそれは間違ってはいないし、特に、可視光線で銀河を見た時はそれ以上の何物でもないのですが、宇宙初期に銀河を作る材料は暗黒物質と通常物質(バリオン)のガスしかないのです。これらが星を生み、さらに多数の星が集まった銀河を生んだ母体です。

当然のことながら、現在の銀河にも暗黒物質やバリオンガスが存在しているのですが、可視光線では見えないだけのことなのです。一つの波長の電磁波だけで物事を見ても、その本質と全貌はわからない。とはいえまずは、我々の目に見える星の集団としての銀河の特徴をしることは大切なことでしょう。

よく知られているように、我々の銀河系は渦巻き銀河と呼ばれるタイプで、中心部にはバルジと呼ばれる球状の星の集まりがあり、その周りにディスクあるいは円盤部と呼ばれる円盤状の星たちの集合が回転しています。

円盤の中で星は渦状腕と呼ばれる美しい渦巻き模様を作ります。バルジ領域では最近の星形成活動がなく、年齢が数十億年以上といった古い星々が多い。一方ディスクには豊富な星間ガスも存在し、現在でも活発に星間ガスから星が生まれ続けています。

我々の銀河系が属する渦巻き銀河は銀河のタイプとして代表的なものでありますが、他にも様々なタイプや大きさの銀河が存在します。楕円銀河は、渦巻き銀河からディスクを取り除いて楕円体のバルジだけになったような銀河です。このタイプには非常に巨大なものもあり、我々の銀河系の１０倍以上の質量を持つものもあります。

楕円銀河にも渦巻き銀河にも属さず、形が崩れた不規則銀河も存在します。また、我々の銀河系より１００倍も小さいような矮小銀河も知られています。南半球に行くと夜空に雲のように見える大小二つのマゼラン雲は、銀河系がその周囲に従えている矮小銀河の一つです。

ぱっと目に見える星の集団としての銀河の性質はだいたいこんなところですが、その星々の細かな運動を解析すると、目に見えないより巨大な存在が明らかとなります。星の運動を決めているのは重力であり、重力を決めるのは銀河内に存在する物質の総質量です。

したがって星の運動を解析することで、銀河の中にどれだけの物質がどのように分布しているかがわかります。そのような研究から、どうも星として光っている質量よりはるかに大量の「光らない物質」があることがわかってきました。

このことに最初に気づいたのは１９３４年、フリッツ・ツビッキーという米国の天文学者でした。ただしそれは銀河の中の星の運動ではなく、銀河が集まった銀河団の中の銀河の運動であったのですが、理屈は同じです。彼はそれを「暗黒物質」と名付けました。

その後、銀河の中の星やガスの運動、特に銀河円盤の回転速度を調べると、銀河の中心から離れるにつれて光っている星の数は減っていくのに、重力を発揮する物質はそれほど減らず、銀河の端の方では星よりもざっと１００倍もの質量を持つ「光らない物質」があることがわかってきたのです。これが、「暗黒物質ハロー」を人類が認識した瞬間でした。

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