Too Big for the Universe

大きすぎる120億年前の銀河団

By Arianna S. Long

A. S. ロング


Just like trees, people and stars, galaxies have life cycles. A galaxy is born when enough gas and stars coalesce to form a coherent structure—perhaps it starts as one cloud of gas and slowly gathers mass, or maybe it builds up from the collision of two or more clouds. Either way, once formed, a galaxy spends its lifetime making stars, using its reservoirs of gas to create tiny furnaces where nuclear fusion burns elements to release light and energy. A galaxy deemed “alive” shines strongly in ultraviolet light, a signal of young, bright and hot stars. As those stars age, their light changes from hot and blue to cool and yellow or red. When a galaxy contains mostly yellow and red stars and emits little to no ultraviolet light, we consider it retired, or “red-and-dead.” Eventually, if massive enough, it becomes a spheroidal blob, known as an elliptical galaxy, that will likely never birth a new star again.		樹木や人間，恒星と同様，銀河にもライフサイクルがある。十分なガスと恒星が集まってまとまった構造を形成すると，銀河の誕生だ。そのきっかけは，1つのガス雲に質量がゆっくりと集まり始めるか，複数のガス雲が衝突するかだろう。いずれにしろ，いったん形成された銀河は一生を通じて恒星を生み出す。銀河内のガスが集まって個々の恒星ができ，これらの小さな核融合炉から，光とエネルギーが放出される。　強い紫外線を放射する銀河は“生きている”と見なされる。若くて明るい高温の恒星が存在するしるしだ。こうした恒星は年老いるにつれて高温の青色から低温の赤色か黄色へと変化し，数千万年以内に超新星爆発を起こして死んでいく。⼀⽅，⼤半の恒星は赤い低質量星であり，紫外線をほとんど放射しない。これら低質量星からなる銀河は“⾚くて死んだ銀河”とみなされる。質量が十分に大きい銀河の場合，最終的には回転楕円体の形をした楕円銀河になり，二度と新しい恒星を生み出さないだろう。
All around us in nearby space—within, say, 300 million to 600 million light-years—astronomers see dead or dying elliptical galaxies gathered in great ensembles called galaxy clusters. These clusters hold the fossilized remains of the most massive galaxies ever formed—hundreds to thousands of them slowly dancing around one another, gravitationally bound forever in their permanent graves.		3億光年から6億光年以内の近傍宇宙には，活動を終えたそうした楕円銀河が集まって「銀河団」という巨大な集団を作っている例が見られる。これらの銀河団にはこれまで形成されたなかでとりわけ質量の大きい銀河の化石が数百個から数千個存在し，互いの周りをゆっくりと運動している。重力によってこの墓場に永遠に拘束されているのだ。
But galaxy clusters present a problem for astronomers. Most clusters seem to have been established by the time the universe was only half of its current age. That means the galaxies within those clusters must have birthed most of the stars they contain early in cosmic history. It appears that these galaxies grew to the size of the Milky Way or larger but up to 10 billion years more quickly. The young galaxy clusters, called protoclusters, where these galaxies formed must have been incredibly violent and active places, full of galaxies producing stars at a furious pace. Our current understanding of physics cannot quite explain how they could have grown so big so quickly.		ところで，銀河団は天文学者に1つの問題を突きつけている。大半の銀河団は宇宙の年齢が現在のわずか半分の時期に形成されたように見える。そうなると，銀河団内の銀河はその恒星の大半を宇宙史の初期に生み出していなければならない。そうした銀河は天の川銀河と同等以上のサイズまで成長したが，それに要した時間は天の川銀河に比べて最大で100億年も短かったようだ。こうした銀河が生じていた若い銀河団「原始銀河団」は極めて激しく活動的な場所だったに違いなく，恒星を猛烈な勢いで生み出している銀河だらけだっただろう。原始銀河団がどうやってそんな短期間にこれほど大きく成長できたのか，現在の物理学では説明できない。