天の川銀河とは｜構造・恒星数・大きさ・ローカルグループの解説

天の川は私たちの故郷の銀河です。天の川銀河には、私たちの太陽を含む2000億個以上の星があります。これらの恒星に加えて、星間ガスや塵、そして質量の大部分を占めると考えられている暗黒物質が銀河全体に広がっています。

天の川銀河は、直径が約10万光年の棒状の渦巻き銀河です。中心には棒構造（バルジとバー）があり、そこから複数の渦巻腕が延びています。渦巻腕は恒星形成が活発な領域を含み、若い青い恒星や星間物質が多く存在します。天の川が「星でできている」という考えは、古代ギリシャの哲学者デモクリタスにまで遡る歴史がありますが、望遠鏡の発達や近年の宇宙観測でその姿が詳しく明らかになってきました。

構造の概要

天の川銀河は大きく分けて次の3つの主要な成分から構成されています：

円盤（ディスク）：太陽系が位置する薄い円盤で、若い恒星や星間ガス、渦巻腕が含まれます。円盤には薄い成分（thin disk）と厚い成分（thick disk）があり、年齢や金属量が異なります。
膨らみ（バルジ）：銀河中心付近の密集した領域で、古い恒星が多く存在します。中央には質量約数百万〜数千万太陽質量と推定される超大質量ブラックホール（いて座A*）があります。
ハロー：円盤とバルジを包む楕円状の領域で、古い恒星や球状星団、拡がる暗黒物質の存在が示唆されています。ハローは銀河の外部まで広がり、銀河同士の相互作用の痕跡を保持しています。

また、天の川の円盤は完全に平らではなく、外側でわずかにゆがみ（ワープ）やねじれが見られます。これは過去の小さな銀河との衝突や潮汐力による影響と考えられています。

恒星数・質量・大きさ

恒星の総数は観測手法によって幅がありますが、天の川銀河にはおよそ2000億個以上の恒星が存在するとされ、研究によっては1000億〜4000億程度と推定されることもあります。恒星以外に存在するガスや塵、さらに暗黒物質を含めた総質量は太陽の数千億倍から1兆倍に相当すると考えられています。

銀河の可視円盤の直径はおよそ10万光年とされますが、ハローや外縁領域を含めればより大きく見積もられる場合があります。中心付近には超大質量ブラックホールがあり、銀河のダイナミクスに重要な役割を果たしています。

ローカルグループと近傍銀河

この銀河は、3つの大きな銀河と50以上の小さな銀河からなるローカルグループに属しています。ローカルグループの主要メンバーには天の川銀河、アンドロメダ銀河（M31）、および三角座銀河（M33）などがあります。天の川銀河はアンドロメダ銀河に次いで、このグループの中でも大きな銀河の一つです。

天の川銀河の最も近い隣には、地球から約25,000光年の距離にあるカニス大矮星（Canis Major dwarf）など、いくつかの矮小銀河が伴銀河として存在します。これらの矮小銀河は天の川に取り込まれつつあるものもあり、銀河の成長史を反映しています。

アンドロメダ銀河との将来

アンドロメダ銀河（M31）は天の川銀河に向かって近づいており、将来的に衝突・合体する見込みです。記事の表現では「アンドロメダ銀河は天の川銀河に向かって移動し、約37億5000万年後に天の川銀河と出会うことになる。アンドロメダ銀河は毎分約1800キロの速度で移動しています。」とされていますが、詳しい衝突時期や速度は観測とモデルによって更新される可能性があります。一般には数十億年規模（おおよそ数〜十数億年〜数十億年後）に合体が始まると見積もられており、衝突しても恒星同士の直接衝突は稀で、むしろ潮汐力で形が大きく変わると考えられています。

観測史と現在の研究

古代から天の川は夜空の帯として知られていましたが、望遠鏡の導入やスペクトル観測によりその実体が明らかになってきました。19世紀以降の星の分布調査、20世紀の電波観測、そして21世紀の宇宙望遠鏡や欧州宇宙機関のGaia（ガイア）ミッションによる高精度の位置・固有運動測定により、銀河の立体構造や運動の詳細が急速に解明されています。

まとめ

天の川銀河は私たちの住む巨大な棒渦巻き銀河で、円盤、膨らみ、ハローから成り、多数の恒星とガス、暗黒物質を包含しています。ローカルグループの一員として近隣銀河と相互作用しつつ進化しており、今後も観測技術の進展によってその詳細がさらに明らかになる分野です。

サイズ

天の川銀河の恒星円盤の直径は約10万光年（9×¹⁰¹⁷km）で、平均で約1000光年の厚さがあると考えられています。

太陽から300光年以上離れた場所には、少なくとも2000億個の星があり、おそらく4000億個の星があると推定されている。この数字は、太陽から300光年以上離れたところにある、検出が困難な超低質量星、すなわち矮星の数に依存する。そのため、現在の推定数は不確かなものとなっています。これは、隣のアンドロメダ銀河の1兆個（^{1012個）の}星と比較することができます。

天の川銀河の恒星円盤には、星が存在しない半径のような尖った部分はありません。むしろ、星の数は、銀河系の中心からの距離に応じて滑らかに減少していきます。半径約4万光年を超えると、星の数はもっと早く減りますが、その理由はよくわかっていません。

星の円盤の向こう側には、さらに厚いガスの円盤が広がっています。最近の観測によると、天の川銀河のガスの円盤の厚さは、これまでの2倍の12000光年程度であることがわかってきました。天の川の物理的な大きさの目安として、冥王星の軌道までの太陽系をアメリカの4分の1（約1インチ、直径25mm）の大きさに縮小した場合、天の川の直径は2000kmになります。秒速２２０キロで、太陽系が銀河系の１周（銀河年）を終えるのに約２億４００００万年かかる。

銀河のハローは外側に広がっていますが、天の川の衛星である大マゼラン雲と小マゼラン雲の軌道によってその大きさが制限されています。この距離以上になると、ほとんどのハロー天体の軌道がマゼラン雲によって乱され、天の川の近くから放出されてしまうことになります。

銀河中心

銀河の中心で外側に膨らむ銀河円盤の直径は7～10万光年。

太陽から銀河中心までの正確な距離は議論されています。最新の推定では、銀河中心までの距離は25-28,000光年とされています。

銀河の中心付近の物質の動きから、非常に大きな質量を持つコンパクトな天体であることがわかる。天の川銀河の中心を示すと考えられていた「いて座A*」と名付けられた強烈な電波源が、超巨大ブラックホールであることが確認されました。銀河の中心には、ほとんどの銀河が超巨大ブラックホールを持っていると考えられています。

銀河の棒の性質についても活発に議論されており、長さの半分の長さと向きは3,300～16,000光年（短い棒か長い棒か）、10～50度と推定されています。アンドロメダ銀河から見ると、私たちの銀河の中で最も明るい銀河になります。

天の川のらせん状の腕。私たちの太陽はオリオン座とシグナス座の腕の中にあります。

観測された天の川銀河の渦巻き構造。矢印は、渦巻きの腕に対する太陽系の運動方向を示している。

神話

ギリシャ神話では、ゼウスはヘラが眠っている間に、母親が不死身の女性であった息子（ヘラクレスの赤ちゃん）をヘラの乳房の上に置き、赤ちゃんがヘラの神の乳を飲んで不死身になるようにします。しかし、赤ん坊に授乳している最中にヘラは目を覚まし、自分が知らない赤ん坊を授乳していることに気づく。ギリシャ神話によると、ヘラは赤ちゃんを押しのけて、彼女のミルクの流れが夜空に飛び散り、天の川と呼ばれるかすかな光の帯を作ります。

質問と回答

Q: 天の川とは何ですか?

A:天の川銀河は、私たちの住む銀河系です。

Q:天の川銀河にはどれくらいの星があるのですか?

A:天の川銀河には2,000億個以上の星があります。

Q:天の川の直径はどのくらいですか?

A:天の川銀河の直径は、約17万〜20万光年です。

Q: 天の川はどのような構造になっていますか?

A:天の川銀河は、円盤、中心部のバルジ、外側のハローの3つの部分からなる棒渦巻銀河です。

Q: 局所群とは何ですか?

A:天の川銀河が属する3つの大銀河と50以上の小銀河からなるグループです。

Q:天の川銀河に最も近い銀河は何ですか?

A:地球から約25,000光年離れた大犬座矮小銀河が、天の川銀河の最も近い隣人です。

Q: アンドロメダ銀河はいつ天の川銀河と衝突するのですか?

A: アンドロメダ銀河は、約37億5000万年後に天の川銀河と衝突する予定です。