相互作用銀河

相互作用銀河

相互作用銀河（そうごさようぎんが、interacting galaxy）とは、複数の銀河が互いの重力的な影響によって相互に作用を及ぼし合っている状態、あるいはそのような銀河の集まりを指します。これらの相互作用は、銀河の形状を歪めたり、銀河同士が衝突・合体したりするなど、多様な現象を引き起こし、銀河の進化において重要な役割を果たしていると考えられています。

相互作用の規模はさまざまで、小規模なものでは、伴銀河の重力が主銀河の腕の形をわずかに歪める程度ですが、大規模なものになると、銀河全体が激しく変形したり、最終的に二つ以上の銀河が合体したりします。これらはすべて、銀河間にはたらく重力的な相互作用の結果として観測される銀河の特異な姿です。

小規模な相互作用

比較的近い位置にある銀河同士では、たとえ直接衝突しない場合でも、互いの重力によって微細な影響が生じます。有名な例としては、古くから観測されている渦巻銀河M51とその伴銀河NGC 5195の関係が挙げられます。伴銀河の重力によって、M51の渦状腕が手前に引き寄せられ、非対称な構造が見られます。

また、複数の銀河が密集している領域では、重力的な相互作用が複雑に絡み合います。ステファンの五つ子銀河は、実際には5つのうち4つの銀河が物理的に近接しており、互いの重力によって物質が引き伸ばされ、銀河間を橋渡しするようなガスや星の尾（潮汐尾）を形成している様子が観測されています。

銀河の衝突と合体

宇宙の歴史において、銀河同士の衝突や合体は比較的頻繁に起こる現象です。銀河を構成する星やガスは、宇宙空間の広大さに比べて非常に希薄に分布しているため、銀河同士が接近しても、個々の星が直接衝突することはめったにありません。しかし、銀河全体としては大きな質量を持つため、互いの強い重力によって引き合い、軌道を変えたり、最終的には一つの銀河として合体したりすることがあります。

合体

二つの銀河が衝突した後、運動量が十分にないと、両銀河は互いの重力に引かれて何度もすれ違いを繰り返す中で、徐々に運動エネルギーを失います。この過程で銀河の構造は大きく破壊され、ガスや星が潮汐力によって引き伸ばされて尾を引くような形状になることもあります。そして最終的には、両銀河の物質が混ざり合い、一つのより大きな銀河として落ち着きます。

衝突する二つの銀河の大きさが大きく異なる場合、質量の大きい方の銀河は比較的その形状を維持しやすい傾向があります。小さい方の銀河は、大きい銀河の重力によって分解され、その物質が大きい銀河に取り込まれていくように見えます。

通り抜け

一方、銀河の質量がそれほど変わらない場合や、運動量が大きい場合は、両銀河が一度あるいは数度通り抜けるだけで合体に至らないこともあります。この場合、銀河の形状は一時的に大きく乱れますが、合体ほどには構造が破壊されず、通り抜け後もそれぞれが独立した銀河として存在し続けることがあります。ただし、この際にも重力的な影響によってガスや星の分布が変化し、リング状の構造が形成されることがあります。有名な車輪銀河など、観測されているリング状銀河の中には、このような通り抜け衝突によって形成されたと考えられているものがあります。

シミュレーションによる研究

現代では、コンピューターを用いた詳細なシミュレーションによって、銀河衝突の過程が精力的に研究されています。これらのシミュレーションには、重力だけでなく、ガスの振る舞いや星形成、超新星爆発などのフィードバック効果など、さまざまな物理過程が組み込まれており、実際の観測現象をよく再現することが可能になっています。シミュレーションの結果は、銀河の初期軌道エネルギーによって合体するか通り抜けるかなど、衝突の多様な結果を予測するのに役立っています。

銀河の共食い（Galactic Cannibalism）

銀河の共食いとは、特に中心にある大きな銀河が、その周辺にあるより小さな伴銀河を重力によって徐々に引き裂き、吸収・合体することで成長していく現象を指す比喩的な表現です。この過程を経て、銀河は質量を増やし、より大きくなっていきます。

このような重力的な合体の結果、多くの場合、元の銀河とは異なる、不規則な形状の銀河や、中心が膨らんだ楕円銀河が形成されることが知られています。

私たちの天の川銀河も、現在、伴銀河である大マゼラン雲や小マゼラン雲と相互作用しており、将来的にはこれらを吸収していく可能性が示唆されています。大マゼラン雲や小マゼラン雲から天の川銀河へと流れ込む巨大な水素ガスの帯であるマゼラニックストリームは、このような銀河の共食いの証拠の一つと考えられています。

スターバースト

銀河衝突は、必ずしも星の衝突を引き起こすわけではありませんが、銀河に含まれる大量のガスや塵の分布には大きな影響を与えます。衝突によってガス雲が圧縮されると、その密度が急激に上昇し、爆発的な勢いで新たな星が多数誕生する現象（スターバースト）が引き起こされることがあります。

このように活発な星形成が起こっている銀河はスターバースト銀河と呼ばれ、その活動の引き金の一つが銀河衝突であると考えられています。スターバースト銀河の中心部では、新しく生まれた大質量星からの強い放射や恒星風によって、周囲のガスや既存の星系、惑星系の環境が大きく変化している可能性があります。

将来の天の川銀河とアンドロメダ銀河の衝突

私たちの天の川銀河と、その最も近傍にある巨大な渦巻銀河であるアンドロメダ銀河は、現在互いに秒速約110kmという速度で接近しています。現在の軌道計算に基づくと、約30億年後にはこの二つの銀河が衝突を開始し、最終的には一つの巨大な楕円銀河へと合体すると予測されています。これは、将来の宇宙で起こる大規模な銀河相互作用の代表的な例となるでしょう。

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