新たな研究で銀河が早期死を回避する仕組みが明らかに

銀河が早期の死を免れるのは、銀河が「呼吸」を効果的に調節し、制御不能に成長することを防ぐ「心臓と肺」を持っているためだと、新たな研究が示唆している。

もしそうしなかったら、宇宙は今よりもずっと早く老化し、今日私たちが目にするのは死んだ星や死にゆく星で溢れた巨大な「ゾンビ」銀河だけだっただろう。

これは、 王立天文学会月報は、宇宙の大きな謎の一つである、なぜ銀河は天文学者が予想するほど大きくないのかを調査します。

星に変わるために吸収するガスの量を制限することによって、その巨大な可能性を何かが抑制しているように見えます。つまり、際限なく成長する代わりに、内部の何かが、避けられないと考えられていた重力の引力に抵抗しているということです。

現在、ケント大学の天体物理学者たちは、その秘密を解明したかもしれないと考えている。彼らは、銀河は実際に「呼吸」の仕方によって成長速度を制御できるのではないかと示唆している。

研究者たちは、この例え話で、銀河の中心にある超大質量ブラックホールを銀河の心臓に、そしてそこから放出されるガスと放射線の2つの双極超音速ジェットを、一対の肺に空気を送り込む気道に例えた。

ブラックホール、つまり「心臓」からの脈動により、ジェット衝撃波が両ジェット軸に沿って前後に振動する可能性がある。これは、人体の胸部横隔膜が胸腔内で上下に動いて両肺を膨らませたり縮めたりするのとよく似ている。

その結果、私たちが暖かい空気を吐き出すのと同じように、ジェットエネルギーが周囲の媒体に広く伝達され、銀河のガス集積と成長が遅くなる可能性があります。

博士課程の学生カール・リチャーズ氏は、超音速ジェットが銀河の成長を阻害する役割を調査するために、これまでに試されたことのない新しいシミュレーションを作成した後、この理論を思いついた。

これらの実験では、ブラックホールの「心臓」を鼓動させ、ジェットを高圧状態にする。人体に例えると、一種の高血圧症によく似ている。これによりジェットは「ふいごのように機能し、池の表面に波紋のように」音波を発する、と同氏は述べた。

この現象は、シャンパンのボトルを開けたとき、車のキーキー音、ロケットの排気音、加圧容器の穴が開いたときに発生する音と衝撃波の地球上の同等物に似ています。

「ジェットが天体、つまり銀河の周囲のガスを支える何らかの手段があるはずだと私たちは気づきました。そして、それをコンピューターシミュレーションで発見したのです」とリチャーズ氏は語った。

「高圧のコンピューターシミュレーションを分析し、心臓に脈動を与えたところ、予想外の挙動が明らかになった。これにより、高圧ジェットに脈動の流れが送り込まれ、振動するジェット衝撃波の蛇腹のような動作の結果として、ジェットの形状が変化する。」

研究者らは、これらの高圧ジェットは「空気で満たされた肺のように」効果的に膨張したと述べた。

そうすることで、一連の圧力波紋の形で周囲の銀河に音波が伝わり、それが銀河の成長を抑制することが示されました。

銀河系外の物質に波紋があるという証拠はいくつかあります。例えば、近くのペルセウス座銀河団で観測される波紋は、音波の例であると考えられている巨大な高温のガス泡に関連しています。

これらの波紋は銀河の周囲の環境を維持する役割を担っているとすでに考えられていたが、それを生成するメカニズムは不明であった。

そのため、従来の宇宙論シミュレーションでは銀河へのガスの流れを説明することができず、宇宙の大きな謎の1つにつながるため、銀河の中心にある非常に活発なブラックホールが何らかの抵抗を提供することに頼っています。

「しかし、これを行うのは簡単ではありません。脈動の種類、ブラックホールの大きさ、肺の質など、制約があります」と共同執筆者のマイケル・スミス教授は語った。「呼吸が速すぎたり遅すぎたりすると、銀河の媒体を維持し、同時に心臓に燃料を供給し続けるために必要な生命を与える震えを起こせません。」

研究者らは、銀河の寿命は「心臓と肺」の助けを借りて延ばすことができると結論付けた。銀河の中心にある超大質量ブラックホールエンジンは、初期段階から星に崩壊するガスの量を制限することで成長を抑制するのに役立っている。

これが、今日私たちが目にする銀河の形成に役立ったと彼らは言う。

このようなメカニズムがなければ、銀河は燃料を使い果たし、一部の銀河が「赤く死んだ」あるいは「ゾンビ」銀河の形で消滅しているように、今ごろは消滅しているはずだ。