星間雲とは？定義・種類（H I/H II/分子雲）と形成・役割を解説

星間雲の定義からH I・H II・分子雲の違い、形成過程と役割を図解でわかりやすく解説する入門ガイド。

星間雲とは、星間物質（ISM: interstellar medium）の中で周囲より密度が高く、はっきりとした構造を示すガスと塵の集まりです。銀河系をはじめとする銀河の中で、星と星の間に存在する物質や放射線を含む領域を指します。星間雲は物質の集積と冷却が進んだ場所であり、星形成や銀河の進化に重要な役割を果たします。

成分と物理的性質

星間雲は主に水素を中心とするガス（原子・分子・イオン）と塵で構成されています。特に多くを占めるのは水素で、次いでヘリウムや微量元素（重元素）です。塵は光の吸収や散乱を引き起こし、雲内部を冷却して化学反応や分子形成を助けます。典型的な性質は以下の通りです。

• 密度：おおむね数十〜10^6 個/cm^3（拡散雲は低密度、分子雲は高密度）。
• 温度：数十 K（分子雲）〜数千〜万 K（イオン化領域）。
• 大きさ：数光年から数百光年、質量は太陽質量の数十〜10^6倍に及ぶものもある（巨大分子雲）。

種類（H I / H II / 分子雲）

星間雲は主に水素の状態や物理条件によって分類され、代表的なものは次の3つです。

• H I領域（中性原子雲）：水素が中性原子（H）として存在する領域です。温度は数十〜数百 K、密度は低め。21 cm の電波線（中性水素のスピン反転遷移）で観測され、銀河全体のガス分布や回転曲線の研究に用いられます。
• H II領域：若い高温の恒星からの紫外線で水素がイオン化された領域で、明るい光学的放射（たとえばHα線）を発します。原文で触れられていたようにイオン化していて、プラズマ状態になっている領域です。散光星雲や輝線星雲として観測されます。
• 分子雲：十分に冷却されて水素が分子（主にH2）になった高密度領域で、星形成の主な現場です。光学的に暗く見えることが多く、COなどの分子線（ミリ波・サブミリ波）によって探知されます。

なお、密度が低く広く広がる中性雲や部分的にイオン化した雲は「拡散雲」と呼ばれることもあります。

形成過程と進化

星間雲は単一の過程でできるわけではなく、様々な経路で形成・成長します。主な形成過程は以下の通りです。

• 恒星の質量放出：赤色巨星や進化した恒星の恒常流や惑星状星雲からのガス・塵の放出が原料になります。
• 超新星ショックと衝撃圧縮：超新星爆発の衝撃波が周囲のISMを圧縮して局所的に密度を高め、雲を形成・分裂させます。
• 銀河内部の大規模な運動：渦腕や銀河潮汐、相互作用によりガスが集まり、巨大分子雲を作ることがあります。
• 放射線による冷却と化学反応：塵による放射冷却や分子形成（H2やCO）が進むことで、雲内部の温度が下がり更に凝縮が進みます。

こうしてできた雲は重力や外的な圧力、磁場、乱流が競合する中で進化し、やがて星形成を引き起こすことがあります。逆に若い星の紫外線や恒星風、超新星により雲は破壊され、星間物質として再び拡散します（星と物質の循環）。

星間雲の役割

• 星形成の場：分子雲の中で重力崩壊が起きて原始星が誕生します。多数の恒星を生む巨大分子雲は銀河の星形成活動を支えます。
• 化学工場：塵面や暗い領域で分子や複雑有機分子が生成され、化学進化の場となります。
• 光学的景観とエネルギー交換：塵が光を吸収・散乱して暗黒帯や反射星雲を作り、イオン化領域は輝線を放射して銀河の輝きを作ります。
• 銀河スケールでの物質循環：恒星の誕生と死を通じて元素やエネルギーが交換され、銀河化学進化に寄与します。

観測方法と指標

星間雲は波長ごとに異なる特徴を示すため、多波長観測が重要です。

• ラジオ（21 cm）：H I領域の分布・運動を調べる基本的手段。
• ミリ波・サブミリ波：COなどの分子線で分子雲を探し、質量や密度、温度を推定します。
• 赤外線：塵の熱放射や埋もれた若い星（プロトスター）を観測できます。
• 光学・可視域：Hαなどの輝線でH II領域や散光星雲を観測しますが、塵で隠された領域は見えません。

代表的な星間雲の例

• オリオン大星雲（M42）：活発な星形成領域として有名なH II領域。
• 馬頭星雲・馬の首付近：暗黒星雲の代表例。
• タウルス分子雲、オリオン分子雲複合体：近傍の分子雲で個々の原始星や恒星形成クラスターを詳しく研究できます。
• わし星雲（M16）の「創造の柱」：紫外線で暗黒雲が浸食される様子が印象的です。

以上のように、星間雲は単なる「雲」ではなく、銀河の構造・進化、星の誕生と死に深く関わる重要な天体現象です。観測技術の進歩により、密度・温度・化学組成・磁場・乱流などの詳細がますます明らかになりつつあります。

質問と回答

Q: 星間雲とは何ですか?

Q: 星間雲はどのようにしてできるのですか?

Q: 星間雲は何からできているのですか?

Q: 星間雲にはどのような種類がありますか?

Q: HI領域とは何ですか?

Q: H II 領域とは何ですか?

Q: 中性雲や電離雲は何と呼ばれていますか?

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