第25章天の川銀河The Milky Way Galaxy

With rare exceptions, we should never trust any theory that divides the world into just two categories. While they can provide a starting point for hypotheses and experiments, they are often oversimplifications that need refinement a research continue. The idea of two populations helped organize our initial thoughts about the Galaxy, but we now know it cannot explain everything we observe. Even the different structures of the Galaxy—disk, halo, central bulge—are not so cleanly separated in terms of their locations, ages, and the heavy element content of the stars within them.

ごく少数の例外を除けば、世界をたった2種類に分ける理論を、そのまま信用してはいけない。こうした理論は仮説や実験の出発点にはなっても、多くの場合は単純化しすぎており、研究が進むにつれて修正を要する。2つの種族という考えは、銀河についての初期の考えを整理するのに役立ったが、観測するすべてを説明できないことは、今では分かっている。円盤、ハロー、中央のバルジという銀河の構造さえ、位置、年齢、内部の星の重元素量について、それほどきれいに区別できるわけではない。

The exact definition of the Galaxy’s disk depends on what objects we use to define it, and, as we saw earlier, it has no sharp boundary. The hottest young stars and their associated gas and dust clouds are mostly in a region about 200 light-years thick. Older stars define a thicker disk that is about 2000 light-years thick. Halo stars spend most of their time high above or below the disk but pass through it on their highly elliptical orbits and so are sometimes found relatively near the Sun.

銀河円盤の厳密な定義は、どの天体を使って定義するかによる。前に見たように、明確な境界はない。最も高温の若い星と、それに伴うガスや塵の雲は、主に厚さ約200光年の領域にある。より古い星が作る円盤は厚く、その厚さは約2000光年である。ハローの星は大部分の時間を円盤のはるか上方か下方で過ごすが、細長い楕円軌道で円盤を通過するので、太陽の比較的近くで見つかることもある。

The highest density of stars is found in the central bulge, that bar-shaped inner region of the Galaxy. There are a few hot, young stars in the bulge, but most of the bulge stars are more than 10 billion years old. Yet unlike the halo stars of similar age, the abundance of heavy elements in the bulge stars is about the same as in the Sun. Why would that be?

星の密度が最も高いのは、銀河の内側にある棒状の領域、中央のバルジである。バルジには少数の高温の若い星もあるが、大部分の星は100億歳を超えている。それなのに、同じくらいの年齢のハローの星と異なり、バルジの星の重元素の存在量は太陽とほぼ同じである。なぜだろうか。

Astronomers think that star formation in the crowded nuclear bulge occurred very rapidly just after the Milky Way Galaxy formed. After a few million years, the first generation of massive and short-lived stars then expelled heavy elements in supernova explosions and thereby enriched subsequent generations of stars. Thus, even stars that formed in the bulge more than 10 billion years ago started with a good supply of heavy elements.

天文学者は、天の川銀河が形成された直後に、密集した中心のバルジで星形成が非常に急速に進んだと考えている。数百万年後、最初の世代の、質量が大きく短命な星が超新星爆発で重元素を放出し、その結果、次の世代の星の重元素量を増やした。こうしてバルジでは、100億年以上前に生まれた星でさえ、十分な重元素を持って出発したのである。

Exactly the opposite occurred in the Small Magellanic Cloud, a small galaxy near the Milky Way, visible from Earth’s Southern Hemisphere. Even the youngest stars in this galaxy are deficient in heavy elements. We think this is because the little galaxy is not especially crowded, and star formation has occurred quite slowly. As a result there have been, so far, relatively few supernova explosions. Smaller galaxies also have more trouble holding onto the gas expelled by supernova explosions in order to recycle it. Low-mass galaxies exert only a modest gravitational force, and the high-speed gas ejected by supernovae can easily escape from them.

天の川銀河の近くにあり、地球の南半球から見える小さな銀河、小マゼラン雲では、まったく逆のことが起きた。この銀河では、最も若い星でさえ重元素が不足している。小さな銀河で特に密集しておらず、星形成がかなりゆっくり進んだからだと考えられる。その結果、これまでに起きた超新星爆発は比較的少ない。小さな銀河では、超新星爆発が放出したガスを引き留め、再利用することも難しい。質量の小さい銀河の重力は比較的弱く、超新星が放出する高速のガスは、容易に銀河から逃げられる。

Which elements a star is endowed with thus depends not only on when the star formed in the history of its galaxy, but also on how many stars in its part of the galaxy had already completed their lives by the time the star is ready to form.

したがって、星がどのような元素を与えられるかは、その銀河の歴史の中でいつ生まれたかだけでなく、その星が生まれる段階までに、銀河のその場所でどれだけ多くの星が一生を終えていたかにもよる。

We can roughly divide the stars in the Galaxy into two categories. Old stars with few heavy elements are referred to as population II stars and are found in the halo and in globular clusters. Population I stars contain more heavy elements than globular cluster and halo stars, are typically younger and found in the disk, and are especially concentrated in the spiral arms. The Sun is a member of population I. Population I stars formed after previous generations of stars had produced heavy elements and ejected them into the interstellar medium. The bulge stars, most of which are more than 10 billion years old, have unusually high amounts of heavy elements, presumably because there were many massive first-generation stars in this dense region, and these quickly seeded the next generations of stars with heavier elements.

銀河の星は、大まかに2つの種類に分けられる。重元素が少ない古い星は種族IIと呼ばれ、ハローや球状星団に見られる。種族Iの星は、球状星団やハローの星より重元素が多く、一般に若くて円盤にあり、特に渦状腕に集中する。太陽は種族Iの一員である。種族Iの星は、それ以前の世代の星が重元素を作り、星間物質へ放出した後に形成された。バルジの星は、大部分が100億歳を超えているのに、重元素を非常に多く含む。おそらく、この密度の高い領域には最初の世代の大質量星が多く、それらがすばやく次の世代に重元素を供給したためである。