銀河とは？定義・種類・形成過程と天の川銀河の特徴をわかりやすく解説

銀河の定義から楕円・渦巻きなど種類、形成過程、天の川の特徴まで図解と例でわかりやすく解説。

銀河とは、ガス、塵、暗黒物質を含む多数の星の集まりである。銀河」という名前は、ギリシャ語で乳白色を意味するgalaxia（ギャラクシア）に由来しており、私たちの銀河系である天の川を意味しています。

重力は、宇宙の一般的な膨張に対して銀河をつなぎとめています。事実上、宇宙の膨張は銀河のグループの間で行われており、それらのグループの内部ではありません。重力が銀河をつなぎとめているのですが、銀河のグループ、例えば天の川銀河系の中にある私たちのローカルグループのような銀河のグループも同様です。重力は、銀河や銀河群の中にある物質やエネルギーによって生み出されます。銀河の中のすべてのものは、質量の中心を中心に動いていますが、これも重力の影響です。

銀河には、楕円銀河、渦巻き銀河、レンチキュラー銀河など様々な種類があり、いずれも棒のあるものとないものがあります。また、不規則な銀河もあります。すべての銀河は宇宙の中に存在しています。観測可能な宇宙には、2兆(^{1012個)以上の銀河があり}、全体では1×^1024個(地球上の砂粒の数よりも多い星の数)の星があると推定されています。

銀河の成分と基本構造

銀河は単に「星の集まり」ではなく、複数の成分が重力で束ねられた複雑な系です。主な構成要素は次の通りです。

• 恒星（stars）：寿命や質量の異なる無数の星が含まれます。
• ガス：星形成の原料で、主に水素とヘリウム。電離ガスや中性ガスとして存在します。
• 塵（ダスト）：星形成領域で光を吸収・散乱し、赤外線で輝くことがあります。
• 暗黒物質を：可視物質よりもはるかに多く存在すると考えられ、銀河の回転や形を決める重力の大部分を担います。
• 超大質量ブラックホール：多くの銀河の中心には百万～数十億太陽質量の巨大ブラックホールが存在し、銀河の進化に影響します。

銀河の種類（見た目と構造による分類）

観測で見える形状から、銀河は大きく次のように分類されます。

• 楕円銀河：丸みを帯びた形で、古い星が多くガスや塵が少ない。星形成はあまり活発でないことが多い。
• 渦巻き銀河：平らな円盤と渦巻状の腕を持つ。若い星と星形成領域が腕に多い。棒を持つもの（棒渦巻）と持たないものがあります。
• レンチキュラー銀河：楕円と渦巻きの中間的な特徴を持ち、円盤はあるが渦巻き腕がはっきりしない。
• 不規則銀河：明確な形がなく、衝突や潮汐の影響で乱れた構造を示すことが多い。
• 矮小銀河：大きさ・質量が小さく、主に衛星として大きな銀河の周りに見られる。

銀河の形成と進化の概要

現在の標準的な理論では、銀河は宇宙初期のゆらぎから始まった暗黒物質の ハロー（halo） の重力ウェルにガスが落ち込み、冷却して星を作ることで形成されます。主な過程は次の通りです。

• 暗黒物質ハローの形成：初期宇宙の密度ゆらぎが重力で増幅され、暗黒物質の集合体が形成されます。
• ガスの流入と冷却：ガスがハローに落ち込み、十分に冷えると回転する円盤を作り始め、そこから星が生まれます。
• 合体と階層的成長：小さな構造が合体して大きな銀河を作る「階層的成長」が進みます。合体は形態を変え、楕円銀河を作ることもあります。
• 星形成とフィードバック：星や超新星、中心のブラックホールからのエネルギー（フィードバック）がガスを加熱・吹き飛ばし、星形成を抑えたり促したりします。
• 内部進化（世代交代）：バーの形成やディスクの不安定性など、銀河内部の過程も長期的な進化をもたらします。

天の川銀河（Milky Way）の特徴

私たちが住む銀河、天の川銀河は典型的なバー付き渦巻銀河と考えられています。主な特徴を挙げます。

• 形状：中央の膨らみ（バルジ）、棒状構造、薄い円盤（渦巻き腕を含む）、そして広がるハローから成ります。
• 大きさと質量：直径は約10万〜15万光年、星の総数は概ね1000億〜4000億個と推定されます（測定には不確かさがあります）。
• 太陽の位置：銀河中心から約2.5〜3万光年離れた円盤の内側に位置し、渦巻腕の近くにあります。
• 中心の超巨大ブラックホール：銀河中心には「いて座A*（Sagittarius A*）」と呼ばれる質量約400万太陽質量のブラックホールがあります。
• 回転曲線と暗黒物質：観測される恒星やガスの回転速度を説明するには、可視物質だけでは不十分で、暗黒物質のハローが必要です。
• 衛星銀河：大小マゼラン雲など多くの矮小銀河が周囲を回っており、将来的に合体する可能性もあります。
• 星形成率：現在の天の川銀河の星形成率はおよそ1〜3太陽質量/年程度と考えられています（過去に比べ減少傾向）。

観測と数のスケール

望遠鏡による深遠な観測（例えばハッブル極深宇宙像など）で、観測可能な宇宙には非常に多くの銀河が存在することが示されました。近年の解析では数千億〜数兆個の銀河がある可能性が指摘されています。各銀河はそれぞれ多様な歴史と進化を持っており、宇宙全体で見れば星の総数は想像を超える桁に達します。

まとめ（簡潔に）

銀河は星、ガス、塵、暗黒物質などが重力でまとまった巨大な天体系です。形や大きさ、進化の歴史は多様で、合体や内部での物理過程によって変化します。私たちの天の川銀河もその一つで、中心のブラックホールや多数の恒星、衛星を持つ典型的な渦巻銀河です。銀河研究は宇宙の成り立ちと進化を理解するうえで重要な鍵を握っています。

説明

銀河にはさまざまな大きさのものがあります。代表的な銀河は、星が1000万個^もない矮小銀河から、100兆個^もの星を持つ巨星まであり、すべてが銀河の質量中心の周りを回っています。銀河には、多数の複合星系や星団、様々な星間雲が存在することがあります。太陽は天の川銀河の星の一つであり、太陽系には地球や太陽を周回する他のすべての天体が含まれています。

星団は銀河ではなく、銀河の中にあります。球状星団は、天の川銀河の外光の一部である球状の星団です。メシエ15星団は、数百万個の星が密集しており、その中心にはブラックホールがあります。星の数を正確に数えるには星が密集しすぎていますが、他の小さな銀河よりも星の数が多いことは確かです。

銀河団の中では、銀河は他の銀河と相対的に移動しています。それらは衝突することがあり、また、衝突することもあります。これが起こると、一般的に星はお互いを通り過ぎるように移動しますが、ガス雲と塵が相互作用して、新しい星のバーストを形成することがあります。重力によって、両方の銀河は、棒状、輪状、尾状の構造を形成し、やや新しい形に引っ張られています。

多くの銀河では、新しい星の世代を形成し続けています。天の川銀河をはじめとする渦巻き銀河（NGC 2997 の右側の画像を参照）は、1年に1〜2個の割合で新しい星を生み出しています。このような星の形成は、銀河の質量の約１〜１０％を占める広大な星間雲の中で行われています。一方、球状星団は、数十億年前に起きた星形成活動が、ガスや塵の雲を使い切った後に止まってしまったため、現在は星の形成を行っていません。

天文学では、私たちの銀河系である天の川には、大文字のGが付いた「銀河」という言葉が使われています。天の川という言葉は、英語では最初にショーサーの詩の中に出てきました。

"ほら、銀河を見よ" "
天の川を見よ" "
ヒットはなぜか

ウィリアム・ハーシェルが深天の天体のカタログを書いたとき、彼はアンドロメダ銀河のような天体に渦巻き星雲という名前を使いました。200年後、天文学者たちは、星雲が天の川銀河と同じように星でできていることを発見したため、現在では「星雲」という言葉は銀河系内の拡散性のある構造物にのみ使われています。

アンティラ座の渦巻き銀河NGC2997は、年に1〜2個の割合で新しい星を生み出しています。

タイプ

銀河には大きく分けて、渦巻き銀河と楕円銀河の2種類があります。これらはハッブル数列によって分類されています。

渦巻銀河

渦巻き銀河とは、渦巻きの形をした銀河のことです。天文学者が観測した宇宙の銀河のほとんどが渦巻き銀河である（約77％）。

彼らは2つに分かれています。

• バーレッド渦巻銀河（「SB」に分類される
• 燃えない渦巻き銀河(SA分類)

NGC 1300 と NGC 1672 は、棒状の渦巻き銀河の例です。渦巻き銀河の例としては、渦巻き銀河とメシエ81があります。

渦巻銀河の特徴は、円盤状に回転している渦巻き状の腕と、銀河のコアにある膨らみです。渦巻状の腕は、新しい熱い星が生まれる場所です。銀河コアの"膨らみ"には、古い星があります。この特徴は、ほとんどの渦巻き銀河に共通しています。

楕円銀河

楕円銀河とは、楕円体(楕円の3次元)の形をした銀河のことです。宇宙、特に銀河団の中では、このタイプの銀河が支配的である。その形状は、円形、楕円形、葉巻型など様々です。ハッブル数列では、この形状はクラス .

• E0（丸型
• E53（楕円形
• E7（葉巻型

楕円銀河は大きな範囲の大きさを持つことができます。巨大な楕円銀河は100万光年以上、最小の楕円銀河（矮小楕円銀河）は天の川の10分の1以下の大きさです。楕円銀河の質量も大きい。巨大な楕円銀河は、太陽質量が^1013個（何兆個）もあることがあります。

その他の銀河の種類

レンチキュラー銀河とは、円盤状に見える銀河のことです。レンチキュラー銀河は、渦巻き銀河と楕円銀河の中間のような形をしています。銀河の中心の膨らみを見れば、その形を知ることができます。バルジが非常に明るければ、それは渦巻き銀河です。

レンチキュラー銀河NGC 5308


ESO 325-G004は楕円銀河


NGC1300は棒状の渦巻き銀河


ハッブルシーケンス

質問と回答

Q:銀河系とは何ですか?

Q:「銀河」という言葉の由来は?

Q: 銀河はどのようにして結合しているのですか?

Q: 銀河にはどのような種類があるのですか?

Q: 1×1024個の銀河の中には、どれくらいの星があるのですか?

文字で検索