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何かが星の生成を邪魔? 銀河に3%しかない「星の生産工場」の謎

credit: NASA/JPL-Caltech/STScI

Point

■銀河に含まれるガス(分子雲)には、星を生産可能な高密度ガス雲と、星は生まれない低密度ガス雲が存在している

■日本の野辺山宇宙電波観測所が、銀河に含まれるガス中で高密度ガス雲は僅か3%しか存在していないことを明らかに

■これまで、銀河は含まれるガス量に対して生産される星の量が少ないと指摘されていたが、その謎の一部が解明された

星々はもともと、宇宙に漂う分子雲という冷たい「ガスの濃い領域」から生まれています。

そのためこれまでの観測では、銀河の含む分子雲(ガス雲)の量から星の生産量が推定されてきました。

ところが、実際銀河の星の数を検出すると、銀河に含まれるガス雲から予想される生産量より1000分の1も少ない数になってしまうのです。

この矛盾は我々が考えているよりも、高密度ガス雲の量がずっと少ない可能性を示唆しています。

これまでの研究では、その観測の難しさから、ガス密度は特に考慮せず分子雲の調査が行われていました。しかしこの問題を解決するためにはガス密度を含め、高い空間分解能で、そして広い範囲に分子雲を調査する必要があります。

これまで、この困難な観測を成功させた研究はありませんでした。

それを克服したのが、日本の「国立天文台 野辺山宇宙電波観測所」が行った大規模分子雲調査プロジェクト「FUGIN」です。

このプロジェクトでは45メートル電波望遠鏡と、そこに搭載されている新型受信機「FOREST」を用いて、天の川銀河の2万光年に渡る広範囲について、ガス雲の精密測定をすることに成功したのです。

その結果、天の川銀河に存在する高密度ガス雲は、低密度ガス雲の全質量に対して僅か3%しか存在しないことが明らかとなりました。

これは予想に対してあまりに低い割合で、低密度ガス雲からは何らかの阻害要因によって高密度ガス雲がほとんど形成されていないことを示しています。

この研究成果は、日本の国立天文台および名古屋大学、大阪府立大学、筑波大学、明星大学の研究者からなるチームにより、日本天文学会欧文研究報告にて公開されています。
FOREST Unbiased Galactic plane Imaging survey with the Nobeyama 45 m telescope (FUGIN). V. Dense gas mass fraction of molecular gas in the Galactic plane
https://academic.oup.com/pasj/advance-article-abstract/doi/10.1093/pasj/psz033/5474917

星の生産工場

分子雲には、濃い場所と薄い場所があります。星が生まれるのは濃い場所です。

これは高密度のガスが星の生産工場ならば、低密度のガスは工場を作る建築資材という関係で考えることができます。

そのため、ある程度の低密度ガスがあれば、そこから一定割合で高密度ガスが形成され、そこから星が生まれるというモデルが考えられたのです。

分子雲の進化過程。上から下に向かって進化していく/Credit: NAOJ

高密度ガスの中では、細いひも状にガスが束ねられており、そのひもの中から星が誕生していきます。

このモデルに基づいて、過去様々な銀河の分子雲観測が行われてきました。その結果が明らかになったのが、どうも銀河に分布するガスの総量に対して、生産されている星の数があまりに少ないという事実でした。

予想生産量の1000分の1も星の数が少なかったのです。

高密度ガスが存在する領域は、銀河に広がるガス全体に対してあまりに小さいので、これまでの観測分解能では高密度ガスを上手く見つけ出すことができませんでした。

ガスの広がる範囲も非常に広大なので、そのすべてをカバーして観測するというのも困難な問題なのです。

そのため、ひも状のガスが束ねられた高密度ガスはどうやって生まれるのか? 銀河にそんな高密度の分子雲はどれくらいあるのか?

そのどちらも不明な状態だったのです。

当然、星の観測量と予想生産量が一致しない問題も未解決のままでした。

天の川銀河 分子雲サーベイプロジェクト「FUGIN」

FUGINはかつてない規模で、天の川銀河の広大かつ詳細な分子雲を調査する観測プロジェクトです。

このプロジェクトは、一酸化炭素分子の同位体が放射する異なる電波を捉えることで世界で初めて低密度ガスと高密度ガスを分類して検出し、分子雲の広域で詳細な分布状況を明らかにしました

赤く光るのが低密度ガス。青い光が高密度ガスだ。同じ領域内でも高密度ガスはほんの一部にしか存在していないことがわかる/Credit: NAOJ

この観測では、天の川の2万光年に渡る広範囲を精密に調査しています。上の図を見ると、モヤッとした低密度ガスが広範囲に広がっています。しかし高密度ガスは、非常にピンポイントな領域にしか存在していません

この結果から、分子雲中に含まれる高密度ガスの割合は全体のたった3%しか無いことが判明しました。

重力的な作用を考えた場合、低密度ガスが自由に動き回れば、分子雲の大部分が高密度ガスで満たされるという計算結果になります。

観測により明らかになった分子雲の様子は、そんな計算結果からかけ離れた状態だったのです。これが実際の星の量と、生産量の推定値に乖離が起きてしまった原因です。

この予想と反する結果は何らかの要因が高密度ガスの形成を阻害しているためと考えられますが、現在のところその阻害原因が何であるのかは明らかになっていません。

今回の研究報告は、非常に困難な銀河の精密観測を日本の天文台が成功させたという内容に留まります。

ここから先は、この貴重なデータのさらなる解析を待つことに成るでしょう。

やるじゃん、日本の天文台! と誇らしくなる話ではありますが、星の生成を阻害する謎の要因とは一体何なのか? 謎は深まるばかりです。

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