星々の共同体、星群

1609年、ある天文学者が天の川は数多くの星の集まりだということを初めて発見した。その後、近代物理学と天文学の発展に大きく貢献した彼が、まさにガリレオ・ガリレイだ。彼が直接望遠鏡を作って改良しながら観測した天の川は地球から眺めた「私たちの銀河」の横顔だった。

あれから約400年が経った。今日、人類は天体物理学の発展と数え切れないほど多くの天体の発見を通じて太陽系を離れ、より大きく広大な宇宙を眺めている。

宇宙の中の私たちの住所

人が群れを成して社会を成すように、宇宙の星も群れを成す。最も基本的な群れが星と星団、星雲、暗黒物質が束になっている銀河である。普通一つの銀河には2千億個の星があるというが、数千万個の星を持つ矮小銀河から数兆個の星を持つ巨大銀河まで、その数は銀河の種類別に多様である。

銀河は形によって螺旋銀河、楕円銀河、不規則銀河に分類される。太陽系が属する私たちの銀河は、中心部を横切る棒状の構造を持ち、棒状の螺旋銀河に細分され、円盤と膨大部¹、ヘイロー²で構成されている。円盤の渦状腕の付近には先立って生成された若い星が多いが、その理由は星を作り出すガスとホコリのような星間物質が主に渦状腕に位置するためである。

1. 膨大部:銀河円盤の中心に恒星がびっしりと集まって突き出た部分。

2. ヘイロー(Halo):銀河円盤の周りを囲む球形の領域。星と暗黒物質から成っている。

わずか100年前までは、人々は私たちの銀河が宇宙の全てだと思っていた。しかし、アンドロメダ銀河が私たちの銀河の外にある天体であることが明らかになり、これまで星雲として知っていた多くの天体が銀河だという事実も明らかになった。私たちの銀河はただ無数の銀河の中の一つだったのだ。では、銀河の外にはどんな世界があるのだろうか?

星の集合体である銀河は、再び群れを成して銀河群と銀河団を成す。数十個の銀河が集まった小規模集団が銀河群、数百から数千個に達する銀河が集まった大規模集団が銀河団である。私たちの銀河はアンドロメダ銀河、さんかく座銀河のほか、約30個の銀河とともに局部銀河群に属している。

これで終わりではない。銀河群と銀河団が集まれば、より大きな構造である超銀河団を形成する。局部銀河群は少なくとも100個の銀河群・銀河団と共におとめ座銀河団に所属している。おとめ座銀河団は、より大きな規模のラニアケア超銀河団に含まれる。「ラニケア(Laniakea)」はハワイ語で「無限の空」という意味である。

このような天体は互いに重力に引っ張られるため、宇宙にまんべんなく広がっているより集まっている場合が多い。そのため、密集した領域と空っぽの領域が分かれてシャボン玉の形をした宇宙巨大構造を形成する。しかし、これは現在科学技術で観測できる範囲であるだけで、科学者たちはこれが宇宙の全てではないと推測する。

宇宙巨大構造の中のラニアケア超銀河団、おとめ座超銀河団、局部銀河群の中にある銀河。その中心から2万6千光年ほど離れた太陽系で太陽から3番目の惑星の上のどこかが宇宙の中の私たちの住所だ。

測量できない空間、無限の世界

2019年5月、米国宇宙望遠鏡科学研究所(STScl)はハッブル宇宙望遠鏡で16年間観測してきた写真を全て合わせて26万5千個の銀河が含まれたイメージを公開した。写真にはかなり広範囲な宇宙が含まれたが、これは宇宙全体から見ると地球から見た満月の大きさに過ぎない規模だった。広い宇宙を写した一枚の写真は逆説的に、測量できない宇宙の大きさを実感させた。

これまでは宇宙に約2千億個の銀河があるという見解が支配的だった。ところが2016年、英国ノッティンガム大学の研究チームは、銀河が従来の予想より10倍ほど多いという研究結果を発表した。また、2兆個に達する全体銀河の90%以上は、あまりにも遠くにあるか、かすかで性能が最も良い望遠鏡でも観測しにくいという。このように広大な宇宙に比べると、人間はホコリよりも、または元素よりも小さい。したがって、私たちが日常で使うメートル法などで星と宇宙の規模を測ることは難しい。

宇宙の基本単位としては星の集まりである銀河と距離を測定するための光年が使われる。光年は現在まで最も速いと知られている「光」が真空から1年間進む距離をいう。多少漠然とした感じがするこの距離を日常の単位に換算してみよう。光は1秒に地球7周半、つまり30万キロメートルを進む。これに60秒、60分、24時間、365日をかけた値が1光年である。その距離は約9兆5千億キロメートル。ソウルから釜山まで238億回、地球から太陽まで約6万3千回往復できる距離だ。

それでは、この光の定規を持って銀河の大きさから始めて宇宙を推し量ってみよう。直径が10万光年の私たちの銀河は2千億個から4千億個の星を持つ、決して小さくはない銀河である。渦状腕の間の距離は5千光年で、渦状腕の平均の厚さも2千光年に達する。太陽は私たちの銀河を秒速220kmで公転しているが、一周を回って元の場所に来るのにも2億3千万年がかかる。この時間は「銀河年(Galactic year)」という単位で使われる。約47億年を生きてきた太陽は銀河の中心を20周ほど回ったので、銀河年では20歳だ。

「IC1101」は地球から10億光年以上離れた最大の外部銀河である。私たちの銀河より2千倍以上多くの星があると推定されるIC1101の直径は4百万光年から6百万光年に達する。局部銀河群の直径は6百万光年、おとめ座銀河団の直径は1億1000万光年であり、私たちの銀河を含めて10万個の銀河を抱いているラニアケア超銀河団の直径は5億光年である。そして人間が理論的に観測可能な宇宙の直径はなんと940億光年だ。地球で光の速度で470億年程度を走ってこそ、宇宙の片隅にたどり着くことができるという意味だ。

会ってぶつかりながら進化する星群

人は社会という群れの中で他人との距離を縮めたり広げたりして自分の位置を守っていく。無限に近い宇宙でも天体は無分別に広がっておらず、集団を成して分布する。そのため、銀河集団内の比較的近い銀河は、しばしば互いに会ってぶつかる。この時、重力が大きい銀河同士で潮汐力³が作用して重力場⁴を変形させ、銀河の形を変える。

3. 潮汐力(潮汐力、tidal force):天体の二つの地点に作用する万有引力の違い。地球と月の間に大きく作用して海面の高さの差を作り出し、銀河間に作用して形の変形を起こしたりもする。

4. 重力場:重力が働く天体の周りの空間。

銀河同士が衝突する姿も多様である。すれ違ったり正面でぶつかり、小さな銀河が大きな銀河に併合されたりもする。二つの銀河がすれ違うと銀河が破れたり伸びたりしながら棒・輪・連結脚・尻尾など多様な構造を作り出す。運動量が大きい二つの銀河が衝突する場合には、ただ通過し、形だけが少し変わる。二つ以上の螺旋銀河が一つに合わさると、全く違う形の楕円銀河が形成される。驚くべきことに、このような過程で銀河の中の星同士がぶつかる確率はほとんどない。星と星の間がかなり遠いからである。

数億年の間、宇宙に広がる銀河の出会いは奇妙で美しい。銀河衝突の余波でガスやホコリが互いに交換され、銀河の核が光ったり星が爆発的に生成されたりもする。銀河内部でそれ以上星が生まれなければ銀河は老いた星を胸に抱いてその人生を終えるが、他の銀河と衝突しながら再び蘇生することができる。私たちの銀河も数多くの矮小銀河と出会い、現在の大きさになり、今も宇宙の中の1%の銀河は併合中だ。

アンドロメダ銀河は、私たちの銀河と220万光年も離れている。しかし、宇宙の観点からはほとんど「くっ付いている」水準だ。私たちもお互いに違う環境でそれぞれ生きているようだが、結局地球という惑星で一緒に暮らす運命共同体だ。

小さな地球で様々な利害関係と状況にぶつかりながら生きる人類には見えない秩序がある。果てしなく広がる宇宙に美しく彩られた天体も、それなりの社会と秩序がある。宇宙ができた後から絶えず続く星の誕生と星群の相互作用は銀河の成長を成し遂げ、宇宙を日々美しい姿に作り出す。今日も私たちはその驚異的な摂理の真ん中にいる。

神が禁じられれば太陽は昇らず/星もまた、封じ込められる。神は自ら天を広げ、海の高波を踏み砕かれる。神は北斗やオリオンを/すばるや、南の星座を造られた。神は計り難く大きな業を/数知れぬ不思議な業を成し遂げられる。 ヨブ9:7-10

主は星に数を定め/それぞれに呼び名をお与えになる。 詩147:4