あなたが今住んでいる円盤状の高温ガスのハローをご覧ください

私たちの銀河の渦巻き腕の向こう側には、巨大な高温ガスのハローが広がっています。銀河系は、周銀河物質として知られるこの雲の中に形成され、長年の謎を解く手がかりとなるかもしれません。宇宙の始まりに存在したすべての物質に何が起こったのか？現在、科学者たちは、銀河系のハローが円盤のような形と塊状の質感を持っていることを突き止めました。これは、星が生まれて死ぬにつれて、銀河系とガスとエネルギーを絶えず交換していることを示唆しています。

「私たちの銀河は絶えず星を形成しており、そのガスはどこかから来ているに違いありません」とアイオワ大学の物理学および天文学の教授であるフィリップ・カーレット氏は言う。カーレット氏と彼の同僚が10月19日にネイチャー・アストロノミー誌に発表した新しい研究結果は、これらの星の燃料が銀河周縁の物質から来ていることを示している。これは、私たちの銀河を取り囲むガス状のハローが独立した存在ではなく、常に天の川銀河と相互作用していることを意味するとカーレット氏は言う。

科学者たちは長い間、天の川銀河を含む銀河の周囲を囲むハローに、宇宙誕生の名残である大量の物質が隠れているのではないかと疑ってきた。研究者たちは、すべての恒星、惑星、その他の物質源を合計すると、宇宙のこの一角で実際に測定できるよりもはるかに多くの通常の物質、つまりバリオン物質になるはずだと推定している。「[あらゆる形態の]すべての物質を数えても、あるはずのすべてが得られるわけではない」とカーレット氏は言う。天文学者たちは、宇宙の初期に存在していたことがわかっている質量の約3分の1を特定するのに苦労してきた。それは銀河の周囲のハローにあるかもしれないし、最近別の論文が示唆したように、銀河の間に伸びるフィラメントにあるかもしれない。

カーレット氏と彼の同僚は、天の川銀河のハローの大きさと形を測定することで、この疑問を解明したいと考えていた。もし私たちの銀河が広大なガス球の中にあるとしたら、このハローには天の川銀河の「失われた」物質を補うのに十分な質量が蓄えられているかもしれない。

研究者らは、2018年に打ち上げられたHaloSatと呼ばれる衛星を使用して、銀河系周囲の物質中の酸素から放出されるX線を測定した。これにより、放射が強いほどガスの密度が高い領域を示すハローの「地図」を作成することができた。

「もし我々が銀河よりもはるかに大きいこの巨大な準球体の中にいるなら、ハローはどの方向から見てもほぼ同じように見えるはずだ」とカーレット氏は言う。「もし我々が薄い円盤の中にいるなら、円盤を通して真上を見たら物質はほとんど見えないだろう。」

カアレト氏と同僚が測定できた物質は、ボールというよりはフリスビーの輪郭に似た形をしていた。この円盤の質量は、失われた重粒子を説明できるほどには小さすぎると彼は言う。しかし、衛星の捕捉範囲外に、はるかに多くの物質が潜んでいる可能性はある。

「私たちは、比較的密度の高い天の川銀河の（主）円盤を取り囲む比較的薄い高温ガス層があることを示しました」とカアレット氏は言う。「これがX線放射の大部分を占めていることが判明しており、そのため、その向こう側にあるかもしれない低密度ガスの広がりをHaloSatが観測することは困難です。」

「円盤状の部分は明るすぎるため、拡張ハローを除外することはできない」と彼は付け加えた。

カアレト氏と彼の同僚たちは、円盤が塊状になっており、いくつかの斑点が他の斑点よりも強いX線を放射していることも発見した。これらの塊は、星団が形成されてガスを加熱している場所を示しているとカアレト氏は言う。彼と彼のチームが塊状の円盤を、星形成のもう1つの特徴である水素ガスの既存の測定値と比較したとき、水素が多い場所ではX線がより明るくなることが分かった。

研究チームは、その発見に基づき、高温のガスが銀河系周辺物質から銀河系に流れ込み、星を形成すると考えています。星が形を整え、やがて死ぬと、ガスとエネルギーをハローに送り返します。「これは、銀河系が [新しい星] を形成するプロセスが、銀河系が元々形成されたガスに物質をリサイクルしていることを示す非常に明確な証拠です」とカーレット氏は言います。「現在の星形成の世代は、将来の星形成の世代がどのように起こるかに実際に影響を与えています。」