第25章天の川銀河The Milky Way Galaxy

Disks and Haloes円盤とハロー

With modern instruments, astronomers can now penetrate the “smog” of the Milky Way by studying radio and infrared emissions from distant parts of the Galaxy. Measurements at these wavelengths (as well as observations of other galaxies like ours) have given us a good idea of what the Milky Way would look like if we could observe it from a distance.

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現在の観測装置を使えば、銀河の遠い部分から届く電波や赤外線の放射を調べて、天の川を覆う「スモッグ」の向こうを見通せる。こうした波長での測定と、天の川銀河に似た別の銀河の観測によって、もし遠くから眺められたら、この銀河がどのような姿に見えるかを、かなりよく理解できるようになった。

Figure 25.5 sketches what we would see if we could view the Galaxy face-on and edge-on. The brightest part of the Galaxy consists of a thin, circular, rotating disk of stars distributed across a region about 100,000 light-years in diameter and about 2000 light-years thick. (Given how thin the disk is, perhaps a CD is a more appropriate analogy than a wheel.) The very youngest stars, and the dust and gas from which stars form, are found typically within 100 light-years of the plane of the Milky Way Galaxy. The mass of the interstellar matter is about 15% of the mass of the stars in this disk.

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図25.5は、天の川銀河を正面から、そして真横から見られたら何が見えるかを描いたものである。銀河の最も明るい部分は、直径約10万光年、厚さ約2000光年に広がる、薄く円い、回転する星の円盤からなる。円盤の薄さを考えると、車輪よりCDのほうが適切なたとえかもしれない。最も若い星や、星が生まれる材料である塵とガスは、通常、銀河の中心面から100光年以内に見つかる。星間物質の質量は、この円盤にある星の質量の約15％である。

天の川銀河の模式図。左は渦巻状の円盤を正面から見た図で、中央の棒状構造、左下のはくちょう座腕、下側のペルセウス座腕、その上の小さなオリオン腕、右側のりゅうこつ座腕が示されている。右は円盤を真横から見た図で、その周りにいくつかの球状星団がある。両方の図で中央の中心バルジが示され、太陽はオリオン腕にある。太陽と中心バルジの距離は2万6000光年と記されている。 — **Figure 25.5** The left image shows the face-on view of the spiral disk; the right image shows the view looking edge-on along the disk. The major spiral arms are labeled. The Sun is located on the inside edge of the smaller arm (or spur) called the Orion-Cygnus Arm.
**図25.5**　左の図は渦巻状の円盤を正面から見た姿、右の図は円盤に沿って真横から見た姿を示す。主要な渦状腕の名前が記されている。太陽は、オリオン・はくちょう座腕と呼ばれる小さな腕、または枝状構造の内縁に位置する。

As the diagram in Figure 25.5 shows, the stars, gas, and dust are not spread evenly throughout the disk but are concentrated into a central bar and a series of spiral arms. Recent infrared observations have confirmed that the central bar is composed mostly of old yellow-red stars. The two main spiral arms appear to connect with the ends of the bar. They are highlighted by the blue light from young hot stars. We know many other spiral galaxies that also have bar-shaped concentrations of stars in their central regions; for that reason they are called barred spirals. Figure 25.6 shows two other galaxies—one without a bar and one with a strong bar—to give you a basis for comparison to our own. We will describe our spiral structure in more detail shortly. The Sun is located about halfway between the center of the Galaxy and the edge of the disk and only about 70 light-years above its central plane.

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図25.5のとおり、星・ガス・塵は円盤全体に一様に広がっているのではなく、中央の棒状構造と、いくつもの渦状腕に集中している。近年の赤外線観測では、中央の棒状構造は主に古い黄〜赤色の星でできていることが確かめられた。二本の主要な渦状腕は、棒の両端につながっているように見える。若く高温の星の青い光が、腕を際立たせる。中心部に棒状に星が集中する渦巻銀河は、ほかにも多く知られており、そのため棒渦巻銀河と呼ばれる。図25.6には、天の川銀河と比べる手がかりとして、棒のない銀河と、はっきりした棒を持つ銀河を一つずつ示した。天の川銀河の渦巻構造は、この後さらに詳しく説明する。太陽は、銀河の中心から円盤の端までのほぼ中間にあり、中心面から上へわずか約70光年のところに位置する。

左の(a)はM74の美しく対称な渦巻形を示す。青い渦状腕と塵の帯が、中央の明るい核へ向かって整然と巻いている。右の(b)は棒渦巻銀河NGC 1365で、中央の核から黄色い星の棒が伸び、その両端にほぼまっすぐな青い腕がある。 — **Figure 25.6** (a) This image shows the unbarred spiral galaxy M74. It contains a small central bulge of mostly old yellow-red stars, along with spiral arms that are highlighted with the blue light from young hot stars. (b) This image shows the strongly barred spiral galaxy NGC 1365. The bulge and the fainter bar both appear yellowish because the brightest stars in them are mostly old yellow and red giants. Two main spiral arms project from the ends of the bar. As in M74, these spiral arms are populated with blue stars and red patches of glowing gas—hallmarks of recent star formation. The Milky Way Galaxy is thought to have a barred spiral structure that is intermediate between these two examples. (credit a: modification of work by ESO/PESSTO/S. Smartt; credit b: modification of work by ESO)
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**図25.6**　(a)棒を持たない渦巻銀河M74。主に古い黄〜赤色の星からなる小さな中心バルジと、若く高温の星の青い光で際立つ渦状腕がある。(b)強い棒状構造を持つ渦巻銀河NGC 1365。バルジも、それより暗い棒も、最も明るい星が主に古い黄色巨星や赤色巨星なので、黄色みを帯びて見える。棒の両端から二本の主要な渦状腕が伸びている。M74と同じく、その腕には青い星と、輝くガスの赤い斑点がある。どちらも最近の星形成の特徴である。天の川銀河の棒渦巻構造は、この二つの例の中間にあると考えられている。（クレジットa：ESO/PESSTO/S. Smarttの作品を改変。クレジットb：ESOの作品を改変）

Our thin disk of young stars, gas, and dust is embedded in a thicker but more diffuse disk of older stars; this thicker disk extends about 1000 light-years above and 1000 light-years below the midplane of the thin disk and contains only about 5% as much mass as the thin disk. The stars thin out with distance from the galactic plane and don’t have a sharp edge. Approximately 2/3 of the stars in the thick disk are within 1000 light-years of midplane.

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若い星・ガス・塵からなる薄い円盤は、より古い星からなる、厚いがまばらな円盤の中に埋め込まれている。この厚い円盤は、薄い円盤の中心面から上へ約1000光年、下へ約1000光年に広がり、その質量は薄い円盤の約5％しかない。銀河面から離れるにつれて星はまばらになり、はっきりした端はない。厚い円盤の星のおよそ3分の2は、中心面から1000光年以内にある。

Close in to the galactic center (within about 10,000 light-years), the stars are no longer confined to the disk but form a central bulge (or nuclear bulge). When we observe with visible light, we can glimpse the stars in the bulge only in those rare directions where there happens to be relatively little interstellar dust. The first picture that actually succeeded in showing the bulge as a whole was taken at infrared wavelengths (Figure 25.7).

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銀河中心に近い、およそ1万光年以内の領域では、星はもはや円盤内に限られず、中心バルジを形作っている。可視光で観測すると、バルジの星を垣間見られるのは、たまたま星間塵が比較的少ない、限られた方向だけである。バルジ全体を実際に写すことに初めて成功した画像は、赤外線で撮られたものだった（図25.7）。

Inner Part of the Milky Way Galaxy.天の川銀河の内側

Image omitted for copyright reasons.図版は権利の関係で割愛。

Figure 25.7 This beautiful infrared map, showing half a billion stars, was obtained as part of the Two Micron All Sky Survey (2MASS). Because interstellar dust does not absorb infrared as strongly as visible light, this view reveals the previously hidden bulge of old stars that surrounds the center of our Galaxy, along with the Galaxy’s thin disk component. (credit: modification of work by 2MASS/J. Carpenter, T. H. Jarrett, and R. Hurt)

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図25.7　5億個の星を示すこの美しい赤外線地図は、2ミクロン全天サーベイ（2MASS）の一環として得られた。星間塵は赤外線を可視光ほど強く吸収しないので、以前は隠れていた、銀河中心を取り囲む古い星のバルジと、薄い円盤成分が見えている。（クレジット：2MASS/J. Carpenter、T. H. Jarrett、R. Hurtの作品を改変）

The fact that much of the bulge is obscured by dust makes its shape difficult to determine. For a long time, astronomers assumed it was spherical. However, infrared images and other data indicate that the bulge is about two times longer than it is wide, and shaped rather like a peanut. The relationship between this elongated inner bulge and the larger bar of stars remains uncertain. At the very center of the nuclear bulge is a tremendous concentration of matter, which we will discuss later in this chapter.

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バルジの大部分が塵に隠されていることが、その形を決めにくくしている。長い間、天文学者は球状だと考えていた。しかし、赤外線画像などのデータは、バルジの長さは幅の約2倍で、むしろ落花生に似た形であることを示している。この細長い内側のバルジと、さらに大きな星の棒状構造との関係は、まだはっきりしない。中心バルジのまさに中心には物質が途方もなく集中しており、この章の後半で扱う。

In our Galaxy, the thin and thick disks and the nuclear bulge are embedded in a spherical halo of very old, faint stars that extends to a distance of at least 150,000 light-years from the galactic center. Most of the globular clusters are also found in this halo.

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天の川銀河の薄い円盤・厚い円盤・中心バルジは、非常に古く暗い星からなる球状のハローに包まれている。このハローは銀河中心から少なくとも15万光年の距離まで広がる。球状星団の大部分も、このハローにある。

The mass in the Milky Way extends even farther out, well beyond the boundary of the luminous stars to a distance of at least 200,000 light-years from the center of the Galaxy. This invisible mass has been give the name dark matter because it emits no light and cannot be seen with any telescope. Its composition is unknown, and it can be detected only because of its gravitational effects on the motions of luminous matter that we can see. We know that this extensive dark matter halo exists because of its effects on the orbits of distant star clusters and other dwarf galaxies that are associated with the Galaxy. This mysterious halo will be a subject of the section on The Mass of the Galaxy, and the properties of dark matter will be discussed more in the chapter on The Big Bang.

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天の川銀河の質量はさらに外側へ、光を放つ星の分布の境界をはるかに越え、銀河中心から少なくとも20万光年の距離まで広がっている。この見えない質量を担う物質は、光を出さず、どの望遠鏡でも見えないため、暗黒物質と名付けられた。組成は不明で、見える物質の運動に重力で及ぼす影響によってのみ検出できる。遠方の星団や、天の川銀河と関係する別の矮小銀河の軌道への影響から、広大な暗黒物質ハローが存在することが分かる。この謎のハローは「天の川銀河の質量」で取り上げ、暗黒物質の性質は「ビッグバン」の章でさらに詳しく扱う。

Some vital statistics of the thin and thick disks and the stellar halo are given in Table 25.1, with an illustration in Figure 25.8. Note particularly how the ages of stars correlate with where they are found. As we shall see, this information holds important clues to how the Milky Way Galaxy formed.

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薄い円盤・厚い円盤・恒星ハローの主な基礎データを表25.1に、模式図を図25.8に示す。星の年齢と、見つかる場所との関連に特に注目してほしい。後で見るように、この情報は天の川銀河がどのようにできたかを知る重要な手がかりになる。

Characteristics of the Milky Way Galaxy 天の川銀河の特徴
Property 性質	Thin Disk 薄い円盤	Thick Disk 厚い円盤	Stellar Halo (Excludes Dark Matter) 恒星ハロー（暗黒物質を除く）
Stellar mass 恒星の質量	$4 \times 10^{10}$ M_Sun	A few percent of the thin disk mass 薄い円盤の質量の数％	10¹⁰ M_Sun
Luminosity 光度	$3 \times 10^{10}$ L_Sun	A few percent of the thin disk luminosity 薄い円盤の光度の数％	$8 \times 10^{8}$ L_Sun
Typical age of stars 星の典型的な年齢	1 million to 10 billion years 100万〜100億年	11 billion years 110億年	13 billion years 130億年
Heavier-element abundance 重元素の存在割合	High 高い	Intermediate 中程度	Very low 非常に低い
Rotation 回転	High 速い	Intermediate 中程度	Very low 非常に遅い

天の川銀河を真横から見た模式図。中央の水平な白い線は「薄い円盤」で、その中央の白点が「銀河中心」である。太陽は中心から円盤の左端までのおよそ3分の2の位置に白点で示される。「厚い円盤」は薄い円盤の上下の桃色の部分である。「バルジ」は銀河中心を取り囲み、半透明の球で描かれた「ハロー」は銀河のほぼ全体を包んでいる。 — **Figure 25.8** This schematic shows the major components of our Galaxy.
**図25.8**　天の川銀河の主要な構成要素を示した模式図。

Establishing this overall picture of the Galaxy from our dust-shrouded viewpoint inside the thin disk has been one of the great achievements of modern astronomy (and one that took decades of effort by astronomers working with a wide range of telescopes). One thing that helped enormously was the discovery that our Galaxy is not unique in its characteristics. There are many other flat, spiral-shaped islands of stars, gas, and dust in the universe. For example, the Milky Way somewhat resembles the Andromeda galaxy, which, at a distance of about 2.3 million light-years, is our nearest neighboring giant spiral galaxy. Just as you can get a much better picture of yourself if someone else takes the photo from a distance away, pictures and other diagnostic observations of nearby galaxies that resemble ours have been vital to our understanding of the properties of the Milky Way.

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塵に覆われた薄い円盤の内側という観測位置から、銀河のこの全体像を確立したことは、現代天文学の大きな成果の一つである。さまざまな望遠鏡を使う天文学者たちが、何十年も努力して達成したものだ。非常に役立ったのは、天の川銀河の特徴が唯一無二ではないという発見だった。宇宙には、星・ガス・塵からできた、平たい渦巻形の島がほかにもたくさんある。たとえば天の川銀河は、約230万光年の距離にある、最も近い隣の大型渦巻銀河、アンドロメダ銀河にいくらか似ている。誰かに離れた場所から撮ってもらえば、自分の姿をずっとよく捉えた写真が得られる。同じように、天の川銀河に似た近隣銀河の画像や、性質を調べるための別の観測が、私たちの銀河を理解するうえで欠かせなかった。

The Milky Way Galaxy in Myth and Legend神話と伝説の中の天の川

To most of us living in the twenty-first century, the Milky Way Galaxy is an elusive sight. We must make an effort to leave our well-lit homes and streets and venture beyond our cities and suburbs into less populated environments. Once the light pollution subsides to negligible levels, the Milky Way can be readily spotted arching over the sky on clear, moonless nights. The Milky Way is especially bright in late summer and early fall in the Northern Hemisphere. Some of the best places to view the Milky Way are in our national and state parks, where residential and industrial developments have been kept to a minimum. Some of these parks host special sky-gazing events that are definitely worth checking out—especially during the two weeks surrounding the new moon, when the faint stars and Milky Way don’t have to compete with the Moon’s brilliance.

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21世紀に暮らす私たちの多くにとって、天の川はなかなか見られない光景である。明るく照らされた家や通りを離れ、都市や郊外を越えて、人の少ない場所まで足を延ばす必要がある。光害が無視できるほど小さくなれば、月の出ていない晴れた夜に、空を弓なりに渡る天の川を容易に見つけられる。北半球では、夏の終わりから秋の初めに特に明るい。観察に最も適した場所の中には、住宅や産業の開発が最小限に抑えられた、アメリカの国立公園や州立公園がある。特別な星空観察会を開く公園もあり、ぜひ調べる価値がある。特に新月の前後を合わせた約2週間は、暗い星や天の川が月の輝きと競わずに済む。

Go back a few centuries, and these starlit sights would have been the norm rather than the exception. Before the advent of electric or even gas lighting, people relied on short-lived fires to illuminate their homes and byways. Consequently, their night skies were typically much darker. Confronted by myriad stellar patterns and the Milky Way’s gauzy band of diffuse light, people of all cultures developed myths to make sense of it all.

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数世紀前に戻れば、このような星空は例外ではなく普通のものだっただろう。電灯や、さらにさかのぼってガス灯が登場する前は、人々は長くは続かない火で家や小道を照らしていた。そのため、夜空はふつう、はるかに暗かった。無数の星の模様と、薄絹のようにぼんやり光る天の川の帯を前に、あらゆる文化の人々が、それらを理解するための神話を育んだ。

Some of the oldest myths relating to the Milky Way are maintained by the aboriginal Australians through their rock painting and storytelling. These legacies are thought to go back tens of thousands of years, to when the aboriginal people were being “dreamed” along with the rest of the cosmos. The Milky Way played a central role as an arbiter of the Creation. Taking the form of a great serpent, it joined with the Earth serpent to dream and thus create all the creatures on Earth.

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天の川にまつわる最も古い神話の一部は、オーストラリア先住民が岩絵や語りを通して伝えている。これらの遺産は何万年も前、先住民自身も宇宙のほかのすべてとともに「夢に見られ」、生み出された時代へさかのぼると考えられている。天の川は、創造をつかさどる存在として中心的な役割を果たした。大きな蛇の姿をとり、大地の蛇と一緒になって夢を見ることで、地上のあらゆる生き物を作り出したのである。

The ancient Greeks viewed the Milky Way as a spray of milk that spilled from the breast of the goddess Hera. In this legend, Zeus had secretly placed his infant son Heracles at Hera’s breast while she was asleep in order to give his half-human son immortal powers. When Hera awoke and found Heracles suckling, she pushed him away, causing her milk to spray forth into the cosmos (Figure 25.9).

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古代ギリシア人は、天の川を女神ヘラの胸から飛び散った乳と見なした。この伝説ではゼウスは、人間との間に生まれた息子に不死の力を与えるため、ヘラが眠っている間に、幼い息子ヘラクレスをこっそり彼女の胸に置いた。ヘラは目を覚まし、ヘラクレスが乳を飲んでいるのに気づくと、彼を押しのけた。そのため乳が宇宙へ飛び散ったという（図25.9）。

The dynastic Chinese regarded the Milky Way as a “silver river” that was made to separate two star-crossed lovers. To the east of the Milky Way, Zhi Nu, the weaving maiden, was identified with the bright star Vega in the constellation of Lyra the Harp. To the west of the Milky Way, her lover Niu Lang, the cowherd, was associated with the star Altair in the constellation of Aquila the Eagle. They had been exiled on opposite sides of the Milky Way by Zhi Nu’s mother, the Queen of Heaven, after she heard of their secret marriage and the birth of their two children. However, once a year, they are permitted to reunite. On the seventh day of the seventh lunar month (which typically occurs in our month of August), they would meet on a bridge over the Milky Way that thousands of magpies had made (Figure 25.9). This romantic time continues to be celebrated today as Qi Xi, meaning “Double Seventh,” with couples reenacting the cosmic reunion of Zhi Nu and Niu Lang.

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王朝時代の中国では、天の川は、悲運の恋人二人を引き離すために作られた「銀の川」と考えられた。天の川の東側では、機織りの娘・織女が、こと座の明るい星ベガに結び付けられた。西側では、その恋人の牛飼い・牛郎が、わし座のアルタイルに結び付けられた。織女の母である天の女王は、二人が密かに結婚し、二人の子どもをもうけたと聞いて、天の川の両岸へと引き離した。しかし、年に一度だけ再会を許された。旧暦7月7日――ふつう現在の暦の8月に当たる――に、何千羽ものカササギが天の川へ架けた橋で会うのである（図25.9）。このロマンチックな時期は、現在も「七が二つ」の意味を持つ七夕（チーシー）として祝われる。恋人たちは、織女と牛郎の宇宙での再会になぞらえて過ごす。

The Milky Way in Myth.神話の中の天の川

OpenStax / Rice University · CC BY 4.0

Figure 25.9 (a) Origin of the Milky Way by Jacopo Tintoretto (circa 1575) illustrates the Greek myth that explains the formation of the Milky Way. (b) The Moon of the Milky Way by Japanese painter Tsukioka Yoshitoshi depicts the Chinese legend of Zhi Nu and Niu Lang.

図25.9　(a)ヤコポ・ティントレットの『天の川の起源』（1575年ごろ）は、天の川の成り立ちを説明するギリシア神話を描いている。(b)日本の絵師・月岡芳年による『銀河月』は、織女と牛郎の中国の伝説を描く。

To the Quechua Indians of Andean Peru, the Milky Way was seen as the celestial abode for all sorts of cosmic creatures. Arrayed along the Milky Way are myriad dark patches that they identified with partridges, llamas, a toad, a snake, a fox, and other animals. The Quechua’s orientation toward the dark regions rather than the glowing band of starlight appears to be unique among all the myth makers. Likely, their access to the richly structured southern Milky Way had something to do with it.

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ペルーのアンデス地域の先住民ケチュアの人々は、天の川をさまざまな宇宙の生き物が暮らす天上の住まいと見なした。天の川に沿って並ぶ無数の暗い斑点を、ヤマウズラ、リャマ、ヒキガエル、蛇、キツネなどの動物に結び付けた。輝く星の帯よりも暗い部分に目を向けるケチュアの捉え方は、数ある神話の中でも独特に見える。複雑な構造に富む南天の天の川を見ることができたことも、おそらく関係しているのだろう。

Among Finns, Estonians, and related northern European cultures, the Milky Way is regarded as the “pathway of birds” across the night sky. Having noted that birds seasonally migrate along a north-south route, they identified this byway with the Milky Way. Recent scientific studies have shown that this myth is rooted in fact: the birds of this region use the Milky Way as a guide for their annual migrations.

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フィンランド人やエストニア人、またそれらに関係する北ヨーロッパの文化では、天の川は夜空を渡る「鳥の道」と考えられている。鳥が季節ごとに南北の経路で渡ることに気づき、その道を天の川と結び付けた。近年の科学的研究は、この神話に事実に根ざした部分があることを示している。この地域の鳥は、毎年の渡りの道しるべとして天の川を利用するという。

Today, we regard the Milky Way as our galactic abode, where the foment of star birth and star death plays out on a grand stage, and where sundry planets have been found to be orbiting all sorts of stars. Although our perspective on the Milky Way is based on scientific investigations, we share with our forebears an affinity for telling stories of origin and transformation. In these regards, the Milky Way continues to fascinate and inspire us.

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現在の私たちは、天の川銀河を自分たちの銀河の住まいと捉える。そこでは壮大な舞台で星の誕生と死の激動が繰り広げられ、さまざまな星の周りを多種多様な惑星が回っていると分かっている。天の川についての私たちの見方は科学的な調査に基づくが、起源や変容の物語を語ることへの親しみは、先人たちと共通している。このような意味で、天の川は今も私たちを魅了し、想像をかき立てる。

第25章天の川銀河The Milky Way Galaxy

Disks and Haloes円盤とハロー

Schematic Representation of the Galaxy.天の川銀河の模式図

Unbarred and Barred Spiral Galaxies.棒のない渦巻銀河と棒渦巻銀河

Inner Part of the Milky Way Galaxy.天の川銀河の内側

Major Parts of the Milky Way Galaxy.天の川銀河の主要な部分