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【宇宙高校生】第3歩:高校生による研究解説!

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今回、もし天に参加した「katachi~music&galaxy~」のなーちゃんに

自分たちの班の研究について解説してもらいました!

 

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こんにちは!katachi~music&galaxy~のなーちゃんです!


皆さんは「銀河」と聞いてどんな形を思い浮かべますか?

渦を巻いてぐるぐるしているものを思い浮かべた人が多いのではないでしょうか。


 図1 銀河©NASA


実は、銀河には様々な形があり、それぞれの銀河に個性があります。

「なぜこんなにも多様な形の銀河があるのだろう?」と思い、私たちkatachi~music&galaxy~はこのテーマについて研究することにしました。


銀河ってなに?

銀河とは、星やガスなどが集まってできる巨大な物体です。

先述したように、銀河には多様な形がありそれぞれの特徴ごとに分類されています。図2で表されているのは、「ハッブル分類」という、銀河を形態によって分類する方法です。渦がない楕円の形をしている銀河を楕円銀河、渦を巻いている銀河は渦巻銀河、渦に棒のようなものがついている銀河は棒渦巻銀河と呼ばれています。ハッブル分類の左に行くほど銀河全体の大きさに対してバルジの大きさは小さくなっています。バルジとは,図3のように銀河の中心の膨らんでいる部分をいい、周辺の薄い部分をディスクと言います。銀河の中心を走っている黒い線は塵などが集まっている場所で、ダストレーンと呼ばれています。


図2 ハッブル分類(http://galaxy.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/guide/hubble.htm)


図3 渦巻銀河

私たちは、なぜハッブル分類のように多様な形の銀河があるのか疑問に思い、『銀河の様々な形に対して法則はあるのか?』というテーマで研究することにしました。法則性を調べるにあたり「バルジの大きさ」と「棒の顕著さ」という2点について注目をして研究しました。


バルジの大きさの違いを決めるのは何か?

1つ目にバルジの大きさについてです。

バルジ内の星は、ランダム運動(*2)といってひとつひとつがバラバラに動いています。そしてディスクという渦の構造をしている部分の星は回転運動をしています。



図4 ソンブレロ銀河M104©NASA

もし、ディスクが回転運動だけをしていた場合は、銀河を横から観測した際にディスクは厚みを持たず直線に見えるはずです。しかし図4では、ディスクに厚みがあるように観測できます。この厚みは、ディスク内の星はなんらかの影響を受けて上下にランダム運動をしていると考えました。ディスクがランダム運動をしている影響がバルジのランダム運動の影響だと考えると、バルジの大きさはディスクの厚みと関係していることになります。

そこで、私たちは仙台市天文台のひとみ望遠鏡を使って観測した8個の銀河について、それぞれに銀河直径に対するバルジ直径、ディスクの厚みの比をだし、相関関係を調べました。(図5)


図5 横:バルジ直径/銀河直径、縦:ディスクの厚み/銀河直径


その結果、7つの銀河でバルジ直径とディスクの厚みの相関関係があることがわかりました。バルジの直径が大きくなればなるほど、ディスクが厚くなっていました。つまり、バルジのランダム運動はディスクに影響を与えており、ディスクの形にバルジの運動が関係していることがわかりました。一番右側に位置し相関に乗らなかった銀河はダストレーンの影響で正しい値が出なかったものと思われます。


図6 ダストレーンが強い銀河


※2・・・ランダム運動

何らかの影響により、全体の運動が不規則になる運動。星1つ1つの運動には規則性はありますが、全体的に見るとそれぞれにバラバラな運動をしています。

図7 銀河内の運動の図:真上から見た図

棒の顕著さ決めるのは何か?

私たちは、棒の有無が銀河内の運動で決まると考えました。そこで、銀河内のガスの運動を調べることにしました。そこで、回転曲線というガスの回転速度をグラフにしたものを、文献を参考に渦巻銀河・棒渦巻銀河に分けて比較しました。(参考文献Konstantin Pavlovich, Alex Pavlovich & Alan Sipols,Newtonian explanation of galaxy rotation curves based on distribution of baryonic matter)

その結果、個々の銀河によって回転速度にバラツキはあったものの棒の有無によって回転曲線のパターンに違いは見つけられませんでした。これより、ガスの運動は棒の形成に影響を与えていないことがわかりました!


まとめ

今回の研究により、ディスクの形とバルジの形には関係があること、棒渦巻銀河、渦巻銀河内のガスの運動には違いがないことがわかりました。今後はバルジがディスクへどのように影響を与えているのか、棒渦巻銀河、渦巻銀河内の星の運動には違いがあるのかを研究していこうと思います。


図8 クリスマスのイルミネーションを見に行った写真


感想

今まで自分たちが持っていた、宇宙が「好き」という抽象的、主観的な気持ちを「研究」という具体的、客観的な行動に結びつけることはとても大変でした。でも、世界の誰も知らないことにみんなで考え悩みながらも挑んでいった一週間はとても楽しかったです。もし天を通して私達の宇宙が「好き」という気持ちは大きくなりました。これからも、その気持ちを大事にし、行動へ、さらに次のステップへと繋げていきたいです。

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