カートホイール銀河（別名 ESO 350-40）は、彫刻座の方向にある約5億光年の距離に位置する代表的なリング銀河です。中心に残る円盤状・レンズ状の成分を持ちながら、衝突による密度波で外側に明るい環状の星形成領域を作り出している点が特徴で、画像や研究でしばしば注目されます。

大きさは直径で約15万光年で、天の川銀河よりやや大きいとされます。総質量の推定には幅があり、研究によっては数十億〜数百億太陽質量のオーダーと報告されています。観測から内部での回転速度はおよそ秒速217km程度と見積もられており、これは銀河全体の動力学や質量分布を知る手がかりになります。

1941年に天文学者フリッツ・ツヴィッキーによって発見され、ツヴィッキーはこの銀河を「恒星力学に基づく説明を待っている最も複雑な構造の一つ」と評しました。以降の観測で、カートホイール銀河は典型的なリング銀河の形成過程（小型銀河の正面衝突による密度波の伝播）を示す好例として広く研究されてきました。

形成と進化のモデル

現在広く支持されているシナリオは、もともとの円盤状銀河に比較的小さな銀河（インパクター）がほぼ垂直に正面衝突を起こしたことによって、衝撃波・密度波が中心から外側へ伝播し、リング状の激しい星形成を引き起こした、というものです。リング内には多数の若い青色の恒星塊やH II領域が見られ、非常に活発な星形成（スターバースト）が進行しています。中心部には衝突で取り残された旧来の星やバルジ（中枢部）が残存しています。

スポーク（スポーク状構造）について

カートホイール銀河には、いわゆる「スポーク」と呼ばれる放射状の構造が見られますが、観測波長によって描像が異なります。可視光で見える光学的なスポークは主に星や星団が集まったストリームで、リングと中心を結ぶように見えます。一方で、電波観測で描かれるスポーク（例えば同期放射や中性水素の分布を反映するもの）は、光学的なスポークと必ずしも位置や形が一致しません。これは、光学的スポークが主に最近の星形成に由来する一方で、電波スポークは磁場や加速された宇宙線、ガスの分布など別の物理過程を反映しているためです。

観測と代表的な特徴

  • 明るいリング状の星形成領域：リング上に多数の青い星団やH II領域が集中している。
  • 中心核と残存円盤：衝突前の中心領域が残り、リングと異なる年齢・成分を示す。
  • スポーク構造：可視光と電波で描かれるスポークが異なり、複数の物理過程が関与している。
  • 近傍に存在する伴銀河：衝突の原因となったと考えられる小型銀河が近傍に認められる場合があり、連動して系全体の進化に影響を与える。

研究上の意義

カートホイール銀河は、銀河衝突とそれに伴う星形成の機構を理解するための重要な観測対象です。高解像度の可視光（例えばハッブル宇宙望遠鏡）や電波、赤外線観測を組み合わせることで、年齢勾配、ガスの分布、磁場や宇宙線の役割など多面的に解析されており、銀河進化論に対する示唆を与えています。

以上のように、カートホイール銀河は単に形が印象的であるだけでなく、銀河同士の相互作用、密度波による星形成、波長に依存する構造の違いを研究するうえで貴重な天体です。