著名なスターバースト銀河からの直接測定

天文学者たちは、XRISM宇宙船に搭載されたResolve機器を使用して、スターバースト銀河M82から流出する超高温ガスの速度を初めて直接測定した。この結果は、激しい星形成と超新星活動がいかに強力な風を生み出して銀河全体を形作るかについての長年の考えをテストする新しい方法を研究者に与えている。

NASAによると、この物質は時速200万マイル以上、つまり時速300万キロメートル以上で移動している。研究者たちは、この速度が銀河中心から数万光年に及ぶすでに知られている冷たい大規模流出の背後にある主要なエンジンとして機能するのに十分だと述べている。この知見は3月25日に『Nature』に掲載された。

M82は、葉巻銀河と呼ばれることが多く、おおぐま座にある約1200万光年離れた場所に位置している。スターバースト銀河に分類されるのは、異常に高い率で星を形成しているためで、その銀河のサイズとしては銀河系の約10倍である。この激しい活動により、星と星の爆発がいかに銀河内のガスを再形成し、物質を銀河間空間に戻すかを理解するための最良の実験室の一つになった。

なぜこの結果が重要なのか

長年にわたり、天文学者たちはスターバースト銀河の古典的なモデルに取り組んできた。星形成と超新星衝撃波からのエネルギーが銀河中心近くのガスを加熱し、その熱いガスが流出を開始して、より大きな銀河風を駆動するのを助ける。しかし、これまでのところ、M82でその考えに確信を持ってテストするのに必要な直接的な速度測定値がなかった。

XRISMはそれを変える。NASAは、新しい観測が一部のモデルが予測したよりもさらに速く移動する熱いガスを示していると述べている。これは、この知見を複数の近い銀河にとって重要にする。銀河風は銀河がどのように成長するか、どのくらい長く星を形成し続けるか、重い元素をどのように分布させるか、周囲とどのように相互作用するかに影響する。天文学者がこれらの風の速度と組成をより正確に測定できれば、銀河進化を調整するフィードバック過程をより良く理解できるようになる。

メリーランド大学カレッジパーク校およびNASA Goddard Space Flight CenterのErin Boettcherは、この論文を主導し、必要な速度測定を得る最初の機会をこのミッションが提供したと述べた。NASAの要約によると、この結果は、流出の熱成分が銀河の外側領域にまで物質を押し出すのに十分なエネルギーを持っているという考えを支持している。

XRISMのResolve機器の力

この測定はXRISMの高分解能X線分光法に依存していた。このミッションはJAXAが主導し、NASAとの協力で、ESAの貢献とともに、宇宙全体の熱く動的な現象を研究するために設計されている。NASAとJAXAはこの研究で使用されるResolve機器を共同開発した。

この能力は重要である。M82のようなシステムで最も熱いガスはX線で放出されるからである。これらの放出の微妙なシフトを調べることで、天文学者はガスがどのくらい速く移動しているかを計算できる。この場合、Resolveは研究者が以前直接測定するのが難しかった銀河風の成分を測定することを可能にした。

この結果はM82の激しい中心環境をその遠く離れた可視構造に結びつけている。銀河は既に中心から最大4万光年に及ぶガスとダストの冷たい風で知られている。新しいXRISMデータは、中心からのはるかに熱く速い流れがその大きな現象の背後にある主要な駆動力であることを示唆している。

極端な圧力下にある銀河

M82の中心は異常にアクティブな場所である。急速な星形成は、より多くの大質量星が生まれていることを意味し、大質量星は速く生きて爆発的に死ぬ。これらの超新星は、激しい星形成に関連した乱流と放射線とともに、周囲の環境に莫大なエネルギーを注入する。結果は、物質を驚異的な速度で外へ発射することができる熱いガスの大鍋である。

そのプロセスは宇宙物理学における最も重要なフィードバック形式の一つである。銀河が無制限に星を形成した場合、それらは実際の現実とは異なる方法でガスを消費するだろう。星またはブラックホール、あるいはその両方によって駆動される風は、ガスを加熱、除去、再分配することでサイクルを調整するのに役立つ。M82は、これらのエンジンの一つが実際に作動している様子を間近に見せてくれる。

新しい結果はまた、マルチ天文台天文学がなぜ重要かを示している。NASAはXRISM発表を、熱いX線放出領域から冷たいダストと星光まで、M82のさまざまな成分を明らかにするChandra、Hubble、Spitzer、およびWebbからの画像への言及と組み合わせた。XRISMはその図に特に貴重なものを追加する。最も熱いガスについての直接的な速度情報である。

研究者が次に学べることは

3月25日の論文は重要なステップであるが、同時に始まりでもある。天文学者が一つのよく研究されたスターバースト銀河の熱い風の速度を測定できれば、それらの観測を銀河進化のモデルと他の異なる星形成率と構造を持つ銀河と比較できる。それは、熱い風がいつ逃げるか、いつ停滞するか、いかに効率的に質量とエネルギーを銀河中心から運び去るかを明確にするのに役立つ可能性がある。

また、化学元素がいかに銀河全体に混合され、周囲の空間に放出されるかについての理解を改善することもできるかもしれない。超新星駆動風は単に物質を除去するだけではない。それらは恒星進化の産物を運び、星の内部で構築された重い元素でより広い宇宙環境に種をまくのを助ける。

今のところ、中心的な結論は直截的である。天文学者たちは最終的にM82の中心から吹き出す超高温ガスの速度を計測し、その数字は流出が銀河そのものをはるかに超えて広がっている有名な風を駆動するのに十分な能力があることを示唆している。それは長年の写真を測定された結果に変え、XRISMがいかに熱く動的な宇宙への新しい窓を開くことができるかを示している。

この記事はscience.nasa.govのレポートに基づいている。元の記事を読む。