video: Astronomers using the Subaru Telescope's Hyper Suprime-Cam observed the nearby large spiral galaxy M81, together with its two brightest neighbors. The team obtained deep and super wide-field images of the galaxies and discovered that the spatial distribution of the young stars around these galaxies follows very closely that of their distribution of neutral hydrogen. This is the first endeavor beyond the Local Group of galaxies to demonstrate the hierarchical galaxy assembly process on galactic scales. view more
Credit: NAOJ/HSC Project
上海天文台、国立天文台などの研究者からなる国際研究チームは、すばる望遠鏡に搭載された超広視野主焦点カメラ Hyper Suprime-Cam (ハイパー・シュプリーム・カム, HSC) を使い、地球から 1200 万光年の距離にある渦巻銀河 M81 の周囲の広域観測を行いました。 その結果、M81 の周りで若い星の集団が、中性水素ガスの分布と重なるように広い範囲に分布していることを発見しました。M81 は隣のスターバースト銀河 M82、楕円銀河 NGC 3077 と強い重力相互作用をしており、その潮汐効果で M81 から引き離されたガスの中で生まれた星々が、M81 の周りを漂っているのだと考えられます。
一般的な銀河形成理論によると、銀河系や M81 のような大きな銀河は、小さな銀河が重力による相互作用でいくつも合体することで、大きく成長していったと考えられています。そして大きな銀河の周りには、取り込まれずに生き残った衛星銀河や、衛星銀河が大型銀河の潮汐力で引き千切られて星が帯状に分布した「恒星ストリーム」などが多く存在すると予測されています。
実際、ここ10年ほどの間には、銀河系と隣のアンドロメダ銀河の周辺から、複雑なハロー構造 (注１) や多くの衛星銀河、恒星ストリームなどが新しく発見されています。そして、そのような構造に含まれる星の年齢や成分を詳しく調べることで、巨大銀河本体の歴史をひも解く「銀河考古学」や「近傍宇宙論」と呼ばれる新しい研究分野が発展してきました。しかし銀河系が含まれる局所銀河群の外 (地球からおよそ 500 万光年以上の距離) では、銀河を星に分解するには大型望遠鏡の高解像度と大集光力が欠かせず、一方で大型望遠鏡のカメラは視野に限りがあるため、銀河の周辺構造全体をくまなく精密に調べることは非常に困難でした。
そこで研究チームは、直径 1.5 度の広い視野を誇るすばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ HSC を使い、局所銀河群とは別のグループに属する大型銀河として初めて、M81 のハロー成分と周囲の衛星銀河を包括的に調べる「M81 銀河考古学」プロジェクトをスタートさせました。1774年にドイツの天文学者ヨハン・ボーデによって発見された M81 (別名ボーデの銀河) は、私たちの銀河系に最も近い渦巻銀河の一つで、大型望遠鏡や宇宙望遠鏡を使うと、ハローをひとつひとつの星に分解して撮ることができます。研究チームが2014年3月末に行った最初の観測は生憎の気象条件でしたが、2015年1月、ついに M81 グループの中心銀河である M81 と、それに付随する M82、NGC3077 などの衛星銀河の、詳細な姿を捉えることができました。
さらに研究チームは、画像に写る星ひとつひとつを星の色と光度で分類し、若い主系列星と年老いた赤色巨星それぞれの「分布図」を作りました。その結果、年齢が１億年未満の若い主系列星の空間分布図では、M81, M82, NGC 3077 それぞれのある半径 (「R25 半径」、注２) よりも外側にたくさんの若い星の集団があることが、初めて明らかになりました。さらに M81 と NGC 3077 をつなぐ恒星ストリームも見られます。どの集団も明るさの分布が等しく、また中性水素ガスの分布とほぼ同じ場所にあることから、約２億年前に起こったとされる３つの銀河の重力相互作用によって、M81 からたくさんのガス塊が引き千切られ、そのガスの中で星集団が同時多発的に生まれたと考えられます。
一方で、10 億年以上昔に生まれた赤色巨星は、３つの銀河のハローが重なり合うように広範囲になめらかに分布していることが明らかになりました。また、M82 のハローの外側の星は、M81 と NGC 3077 のハローよりも平均的に重元素が少ないことも分かりました。さらに、若い星の分布図では見えなかった、別の３つの矮小銀河 (IKN, BK5N, KDG61) の姿も確認でき、これらの銀河には古い星しか存在しないことが分かりました。さらに NGC 3077 のハローは、外側で左上方向と右下方向によじれて "S字" を描いており、３つの銀河の重力相互作用は、そのハロー構造にも影響を及ぼしていることが示唆されます。
すばる望遠鏡 HSC による「M81 銀河考古学」プロジェクトには、上海天文台、国立天文台、広島大学、エジンバラ大学、ケンブリッジ大学の研究者が参加しています (注３)。研究を主導する岡本桜子さん (上海天文台) は、「銀河系、アンドロメダ銀河に続く三例目の銀河考古学として、HSC の完成によって初めて、M81 周辺部の構造を広範囲に渡って詳しく調べることが可能になりました。すばる望遠鏡『戦略枠プログラム』で進行中の HSC 広視野サーベイを用いた銀河系の研究と合わせて、大型銀河の過去の形成過程に迫りたいと考えています」と、HSC による超広視野銀河考古学への期待を寄せています。
この研究成果は、アメリカ天文学会の天体物理学誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載される予定です (Okamoto et al. 2015, "A Hyper Suprime-Cam View of the Interacting Galaxies of the M81 Group")。また本研究は、科学研究費補助金 (26800103) のサポートを受けています。
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(注１) 銀河の「ハロー」とは、中心部のバルジ (ふくらんだ構造) や円盤を球殻状に取り巻く大きな構造で、星や球状星団、希薄なガスが含まれています。銀河系を例にすると、半径５万光年ほどの円盤に対して、ハローは半径 30 万光年以上広がっていると考えられています。
(注２) 銀河の表面輝度が、可視光で 25 等/arcsec2 となるような等輝度線の銀河中心からの距離。銀河の大きさは見る光の波長によって異なりますが、R25 は可視光で見える銀河円盤の一般的な半径に相当します。
(注３) このチームは、すばる望遠鏡 Suprime-Cam を使った M81 の先行研究も行っています (2010年3月18日 すばる望遠鏡プレスリリース)。
＜M81 銀河考古学チームの構成＞
岡本桜子 (中国科学院 上海天文台)
有本信雄、山田善彦 (国立天文台ハワイ観測所)
内海洋輔 (広島大学)
アネット・ファーガソン、エドワルド・バーナード (英国・エジンバラ大学)
マイク・アーウィン (英国・ケンブリッジ大学)
Science Contact
岡本桜子（おかもと さくらこ）
中国科学院 上海天文台 研究員
電子メール：sakurako.okamoto@gmail.com
スカイプ：sakurako.okamoto
・有本信雄（ありもと のぶお）
国立天文台 ハワイ観測所 所長・教授
電話：+1-808-333-1447（携帯）
電話：+1-808-934-5964（研究室）
電子メール：arimoto@naoj.org
PIO Contact
藤原英明（ふじわら ひであき）
国立天文台ハワイ観測所 広報担当サイエンティスト
電話：+1-808-747-1676（携帯）
電話：+1-808-934-5922（研究室）
電子メール：hideaki@naoj.org
画像
すばる望遠鏡HSCが写し出した M81, M82, NGC 3077 の疑似カラー画像。視野の直径は約 1.5 度。
クレジット：国立天文台/HSC Project)
映像
https://drive.google.com/file/d/0Byc3tyYzzGHTWllmbnF2WjZRZ2s/view
HSC が写し出した渦巻銀河 M81 周辺。HSC の視野全体から、M82、M81、矮小銀河 Holmberg IX、そして NGC 3077 を巡ります。
クレジット：国立天文台/HSC Project
Journal
The Astrophysical Journal Letters