渦巻銀河は、風車の形状に似た、らせん状のアームを有する円盤状の星の記念碑的なクラスタです。腕の形は大きく異なりますが、一般的に凝縮した中心は、らせんが発芽する円盤に囲まれて明確に区別されます。
現在知られている銀河のほぼ60％は、中心隆起または銀河隆起、円盤、渦巻腕、およびハローという特徴的な構造を持つ渦巻です。
図1.地球から21百万光年離れた位置にある大おおぐま座の風車銀河。出典：ウィキメディア・コモンズ。ESA /ハッブル。
彼らはエリダノのような星座に配置することができる並外れた美しさの銀河です。天文学者エドウィンハッブル（1889-1953）の研究のおかげで、それらすべてがエンコードされました。
特徴
渦巻銀河の3分の2には中心棒があり、棒渦巻銀河と呼ばれるサブタイプを構成して、単純な渦巻銀河と区別します。それらは、棒から出て同じ方向に曲がっている2つの螺旋だけを持っています。私たちの天の川は、私たちの位置からは観測できませんが、渦巻銀河の例です。
中央のふくらみは、古い星が存在するため、色が赤みを帯びています。核自体にはガスはほとんどなく、ブラックホールは通常中心にあります。
その部分のディスクは青みがかっており、ガスとダストが豊富です。銀河の核の周りのほぼ円形の経路を周回する若くて熱い星が存在しますが、核のそれらよりはゆっくりです。
スパイラルについては、中央のふくらみをしっかりと包むものから、よりふんわりと配置された腕まで、さまざまな種類があります。彼らはそれらが含んでいる多くの熱く、青い、若い星のおかげで際立っています。
それらが形成される理由についてはいくつかの理論がありますが、これについては後で説明します。
最後に、ディスク全体を取り囲む球状のハローがあり、ガスとダストが乏しい。その中で最も古い星は、球状星団、つまり高速で移動する数千から数百万の星を含む巨大な星団にグループ化されている。
渦巻銀河の種類
銀河をその形態（地球から見た外観）に従って分類するために、1936年にエドウィンハッブルによって作成された音叉が使用されます。この分類は、後で他の天文学者によって元の表記にサブタイプと数を追加することによって変更されました。
ハッブルは、銀河を次のように文字コード化しました。楕円銀河の場合はE、レンチキュラー形状の銀河の場合はSO、渦巻の場合はSです。
後に2つのカテゴリが追加され、SB縞模様の渦巻銀河と、形状がパターンに沿っておらず不規則な銀河が含まれています。観測されたすべての銀河の約90％は楕円または渦巻です。Irrカテゴリーには10％しかありません。
図2.銀河の音叉図。出典：ウィキメディア・コモンズ。元のアップローダーは英語版ウィキペディアのCosmo0でした（元のテキスト：なし）。
ハッブルは、銀河はE0タイプの球形構造として生まれ、次に腕を発達させ、最終的には不規則な渦巻銀河になると信じていました。
しかしながら、これはそうではないことが示されている。楕円銀河は回転運動が非常に遅いため、扁平になって渦巻を生成することはありません。
ハッブル音叉の腕には渦巻銀河があります。Sは通常の渦巻、SBは縞模様の渦巻です。小文字はサブタイプを示します。「a」は核の周囲でコイルがしっかりと閉じていることを示し、「c」はより緩い場合に使用されます。それに応じてガスの比率も増加します。
天の川はSBbタイプで、太陽がらせん状の腕の1つにあります。オリオンの腕は、この星座の星も含まれているため、地球から見た最も印象的な星の1つです。
らせんの起源に関する理論
らせん状の腕の起源はまだはっきりとはわかっていませんが、それらを説明しようとする理論がいくつかあります。まず、天文学者はすぐに渦巻銀河の異なる構造が異なる速度で回転することを観察しました。これは、差動回転と呼ばれ、これらのタイプの銀河の特徴です。
渦巻銀河の円盤の内部は外部よりもはるかに速く回転しますが、ハローは回転しません。このため、当初はこれが渦巻きの発生原因であると考えられていただけでなく、暗黒物質の存在の証拠でもありました。
ただし、これが当てはまる場合、渦巻は（もちろん天文学的には）短命になります。
密度波と星の自己伝播
らせんの存在を説明するためのより受け入れられた理論は、密度波の理論です。スウェーデンの天文学者ベルティルリンドブラッド（1895-1965）によって作成されたこの理論は、物質がその濃度の変化を経験し、それが音のように銀河環境で伝播する可能性があると仮定しています。
このようにして、スパイラルなどの集中力の高い領域が作成され、他の領域はそれらの間のスペースになります。ただし、これらの領域の持続時間は限られているため、その形状は持続しても腕は動く可能性があります。
これは、なぜ渦巻が恒星生成に関して非常に活発な領域であるかを説明しています。そこではガスとダストがより集中しているので、重力が介入して物質が一緒に凝集して原始星を形成し、それが若くて重い星を生み出します。
スパイラルを説明しようとする他の理論は、自己伝播の理論です。らせん状の腕にある巨大な青い星は、コアにあるより冷たく赤い星に比べて寿命が短いことが知られています。
前者は通常、巨大な超新星爆発で命を落としますが、材料は以前のものと同じ場所にある新しい星、つまりらせん状の腕にリサイクルできます。
これは武器の存続を説明するが、それらの起源は説明しない。このため、天文学者は、それらが要因の組み合わせによるものであると信じています：同じ差動回転、密度波の存在、星の自己伝搬、および他の銀河との相互作用の影響。
これらすべての状況により、異なるタイプのスパイラルアームが発生します。
楕円銀河との違い
最も明白な違いは、楕円銀河の星は渦巻きよりも均一に分布していることです。これらでは、それらは赤みがかった円盤に集中し、渦巻き状の腕に散在し、青みがかった色に見えますが、楕円銀河の分布は楕円形です。
もう一つの特徴は、星間ガスや塵の有無です。楕円銀河では、物質の大部分がずっと前に星になったので、ガスや塵はほとんどありません。
一方、渦巻銀河には、新しい星を生み出すガスや塵が豊富な領域があります。
次に注目すべき違いは、星の種類です。天文学者は2つの恒星の個体群を区別します。楕円銀河には、人口IIの星とヘリウムより重い元素がほとんど含まれていません。
対照的に、渦巻銀河には母集団IとIIが含まれています。円盤と腕の中で、私が支配する集団は若く、金属性が高い。つまり、それらには重い元素、すでに消えた星の残骸が含まれていますが、ハロー内には最も古い星があります。
これが、渦巻銀河で星が形成され続ける理由ですが、楕円銀河では形成されません。そしてそれは楕円銀河がおそらく渦巻銀河と不規則銀河の間の衝突の結果であることであり、その間に宇宙塵のほとんどが消え、それとともに新しい星を作る可能性があります。
銀河間のこれらの衝突は頻繁なイベントであり、実際には天の川が小さな衛星銀河と衝突していると考えられています。
比較表
楕円銀河と渦巻銀河の違い。出典：Fanny Zapata。
渦巻銀河の例
渦巻銀河は宇宙にたくさんあります。地球から見ると、さまざまな形をしているので、並外れた美しさのオブジェクトです。たとえば、エリダノ星座には、3つの縞模様を含む、異なるタイプの5つの渦巻銀河があります。それらの1つは、以下に示すNGC 1300です。
図3.エリダノにある渦巻銀河NGC 1300を禁止。アメリカ合衆国、カリフォルニア州ロサンゼルスのケビン・ギル
天の川
渦巻腕の1つに太陽系を収めているのは銀河です。これには、1億から4千億の星が含まれ、推定サイズは150〜20万光年です。それは、アンドロメダと他の約50の銀河、ほとんどすべての小惑星と共に、いわゆる銀河のローカルグループの一部です。
アンドロメダ
アンドロメダ星座のM31としても知られ、カシオペア座のW型が認識できる星座の近くにあります。肉眼でも、晴れた月のない夜でも、優れた双眼鏡で見ることができます。
古代アラブの天文学者の記録にはすでに登場していますが、エドウィンハッブルの観測のおかげで、20世紀初頭まで銀河であることが知られていませんでした。
図4.アンドロメダ銀河。出典：Pixabay。
それは約250万光年離れており、天の川とほぼ同じ大きさですが、やや重いと考えられています。しかし、最近の推定では、その質量は私たち自身の銀河の質量に匹敵することが示されています。
アンドロメダは私たちにすばやい速度で接近しているため、約45億年以内に天の川と衝突し、巨大な楕円銀河が生まれると予想されています。
ワールプール銀河
それはオブジェクトM51としてメシエのカタログに表示され、1773年にチャールズメシエ自身によって発見されました。双眼鏡で見ることができるところからブーツとレオの近くの北方の空にあるケインズヴェナティッチの星座で発見されます。
この壮大な天体は、典型的な渦巻銀河の形をしており、推定距離は1600万から2700万光年です。望遠鏡の画像ではっきりと見える伴星銀河：銀河NGC 5195。
図5. Whirlpool Galaxyとその衛星銀河。出典：ウィキメディア・コモンズ。NASA、ESA、S。ベックウィズ（STScI）、およびハッブルヘリテージチームSTScI / AURA）
参考文献
- キャロル、B。現代天体物理学入門。2番目。版。ピアソン。
- Heras、A。はじめに天文学と天体物理学。から回復：antonioheras.com。
- オスター、L。1984。現代天文学。エディトリアルReverté。
- ウィキペディア。銀河の形成と進化。回復元：es.wikipedia.org。
- ウィキペディア。渦巻銀河。から回復：en.wikipedia.org。