英語で読む日経サイエンス
SCIENTIFIC AMERICAN December 2021
Cosmic Crashes
アンドロメダとの衝突 天の川銀河の最後の姿
| By Aaron S. Evans ／Lee Armus | A. S. エバンス ／L. アーマス |
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| In approximately five billion years, as the sun expands into a red giant star roughly the diameter of Earth’s orbit around it, our galaxy will collide with its nearest large neighbor, Andromeda. As gravity draws the pair toward each other for a close encounter, stars will be ripped from their orbits to make spectacular tails, and gas and dust will be squeezed toward the approaching nuclei, destroying the stately, grand spirals that have existed for almost three quarters of the age of the universe. | 今から約50億年後，太陽が赤色巨星になって地球軌道あたりまで膨張する頃，天の川銀河は最も近い大規模銀河であるアンドロメダ銀河と衝突する。重力によって両者が互いに引き寄せられると，星々が剥ぎ取られ，銀河は雄大な尾を引くようになり，ガスや塵は銀河中心方向に圧縮され，宇宙年齢の3/4近くもの歳月にわたって存在してきた堂々たる渦状腕が破壊される。 | |
| Eventually the centers of the galaxies will merge, and the gas pouring toward the center will ignite an explosion of star formation, producing stars more than 100 times faster than either galaxy does today. It will also feed the now quiet supermassive black holes that lurk at the centers of both galaxies. The black holes will grow while releasing a storm of energetic particles and radiation that will easily outshine the light from all the stars in both galaxies combined. After another 100 million years or so, the two supermassive black holes will spiral toward each other and merge into a single black hole in a cataclysm that will send strong gravitational waves reverberating throughout space. | ついには両銀河の中心部が合体，そこにガスが流れ込むことで爆発的な星形成が始まり，現在の両銀河と比べて100倍以上のペースで星が生み出されるようになる。このガスは，両銀河の中心に潜む，現在は静かな状態の超大質量ブラックホールにも供給される。するとブラックホールは高エネルギーの粒子や電磁波を激しく放出しながら成長し，両銀河の全ての星を合わせたよりも明るく輝くようになる。さらに約1億年たつと，2つの超大質量ブラックホールはらせんを描きながら近づき，やがて破局的な合体を起こして単一のブラックホールになる。その際，大きな重力波が生じ，宇宙全体に広がっていく。 | |
| Despite the fireworks, this process—which is happening around us today and was even more common in the early universe—is not really a “collision” in the strictest sense of the word. Galaxies are mostly empty space. The roughly 300 billion stars in a galaxy like the Milky Way are, on average, separated by nearly five light-years. The density of air at sea level on Earth is about 100 million billion times greater than the average density of gas in interstellar space. In other words, although a merger is transformative in the life of a galaxy and a source of immense power, most stars just pass right by one another during the event. | 銀河の衝突・合体は現在の宇宙でも発生しており，初期宇宙ではもっと頻繁に起きていた。もっとも，この華々しい現象は厳密な意味では“衝突”ではない。 銀河の中はほとんどが何もない空間だ。天の川銀河級の銀河は3000億個ほどの恒星の集まりだが，個々の星は互いに平均5光年近く離れている。恒星間空間の平均的なガス密度は地球の海水面における大気密度の1億分の1のそのまた10億分の1程度だ。つまり銀河合体は銀河の姿を大きく変えるとともに膨大なエネルギーの源となるものの，その間，大半の星は互いにすれ違うだけなのだ。 | |
| Nevertheless, galaxy pileups are fascinating and important. By studying the mergers of other galaxies, we can see the future of our own. Studying galaxy mergers also helps us understand the history of the universe because when the cosmos was younger and denser, galactic collisions were much more common. Simulations suggest that over the past 10 billion years the Milky Way has undergone as many as five major mergers on its way to becoming the grand spiral it is today. | それでも銀河合体は非常に興味深い重要な現象だ。ほかの銀河どうしの合体を調べると私たちの銀河の未来がわかる。宇宙の歴史を理解するのにも役立つ。宇宙がまだ若くて高密度だった頃は銀河衝突がより頻繁に生じていたからだ。シミュレーション研究によると，天の川銀河は過去100億年に5回もの銀河合体を経て，現在のような壮大な渦巻銀河になったとみられる。 |