スターバースト銀河とは？星形成急増の特徴・原因・観測例を解説

スターバースト銀河の特徴・原因・観測例を図解で解説。星形成急増の仕組みと近傍・遠方の観測成果をわかりやすく紹介。

スターバースト銀河とは、星の形成率（Star Formation Rate：SFR）が通常の銀河に比べて極めて高く、短期間に大量の新しい星を生み出す銀河のことです。星形成が急増するため、星の原料である分子ガスをわずか数千万年〜数億年で使い果たしてしまうことが多く、スターバーストは銀河進化の中でごく短い一段階にすぎません。

特徴

• 高い星形成率：典型的な銀河（例：天の川銀河）が年間1〜3太陽質量程度の星を作るのに対し、スターバースト銀河では数十〜数百、極端な場合は千太陽質量/年にも達します。
• 短い持続時間：星形成の急増は数千万〜数億年という短期間で終わり、ガスが枯渇するかフィードバックで抑制されます。
• 強い赤外線輝度：大量の若い星が放つ紫外線は周囲の塵（ダスト）に吸収され赤外線で再放出されるため、赤外線・ミリ波で非常に明るく見えます（LIRG／ULIRGなど）。
• スペクトル上の特徴：強いHαや[O II]などの放射線が見られ、紫外〜光学〜赤外の指標で高いSFRが診断されます。
• フィードバック現象：多数の超新星や恒星風により銀河風（アウトフロー）が発生し、星形成材料を外へ追いやったり周囲の環境を変化させます。

原因（なぜスターバーストが起きるか）

• 銀河同士の衝突・合体：重力相互作用によりガスが中心部へ流れ込み、密度が高まって大量の星形成が誘発されます。多くの近傍スターバースト銀河は合体や接近遭遇の最中にあります。
• 潮汐や摂動によるガス流入：バー構造や近接する伴銀河の重力で外側のガスが内側に運ばれ、中心領域で星形成が活発化します。
• 冷たいガスの豊富さ：特に宇宙初期や高赤方偏移の銀河では、供給される冷たいガスが多く、自然に高いSFRを示すことがあります（詳しくは赤方偏移を参照）。
• 内部不安定性：ガス面密度が臨界を超えると重力崩壊が促進され、大規模な星形成領域が生まれます。

観測方法と指標

• 紫外線（若い大質量星の直放射）や光学のHα線：比較的ダストの影響が小さい場合にSFRを推定。
• 赤外線／ミリ波（塵に吸収され再放出された光）：ダストで埋もれたスターバーストを検出する主要手段。ULIRGはこの波長帯で非常に明るい。
• 電波やサブミリ波のCOやC+ライン観測：分子ガスの質量と分布を測り、ガス消費時間（depletion time）を評価。
• 吸収線・発散線によるアウトフロー速度測定：フィードバックの強さやガスの脱出を調べる。

代表的な観測例（近傍）

• M82（わし星雲銀河）：近傍の典型的なスターバースト銀河で、中心領域で盛んな星形成と強い銀河風が観測されています。
• NGC 253：南天にある近いスターバースト銀河で、分子ガスと星形成領域が詳細に観測されています。
• アンテナ銀河（NGC 4038/4039）：合体銀河の代表例で、衝突による多数の若い星団と活発な星形成が見られます。
• Arp 220：超高輝度赤外線銀河（ULIRG）の一例で、中心部に埋もれた激しいスターバーストを抱えています。
• 遠方の例：ハッブル・ディープ・フィールドなどで見つかる高赤方偏移の銀河の多くはスターバースト的で、宇宙若年期の星形成ピーク（いわゆる“cosmic noon”）に相当します。

高赤方偏移との関係

近傍ではスターバースト銀河は稀ですが、遠方（高い赤方偏移）の宇宙では頻度が高くなります。これは数十億年前、銀河同士の間隔が現在より小さく、相互作用や合体が頻繁に起きていたためと考えられます。そのため、近傍のスターバースト銀河を詳細に調べることは、初期宇宙での銀河形成・進化を理解するうえで重要です。

銀河進化への影響

• スターバーストは大量の星と重元素を短期間に供給し、銀河の化学進化や恒星集団の形成に寄与します。
• 強いアウトフローはガスを吹き飛ばし、将来的な星形成を抑制（クエンチング）して早期に「死んだ」銀河（星形成停止銀河）へと導くことがあります。
• 合体に伴うスターバーストは、中心核やバルジの形成を促すこともあります。

まとめると、スターバースト銀河は短期間で銀河の姿を大きく変える重要な現象です。近傍の観測で得られる詳細なデータと、ハッブル・ディープ・フィールドなどで捉えられる遠方銀河の統計的傾向を組み合わせることで、宇宙の歴史における星形成活動の盛衰をより深く理解できます。

質問と回答

Q: スターバースト銀河とは何ですか?

Q: スターバースト銀河の性質はいつまで続くのでしょうか?

Q: スターバースト銀河のガス溜まりはどうなるのですか?

Q: スターバースト銀河と銀河合体の関係は?

Q: 近傍のスターバースト銀河を調べると、どのようなことがわかるのでしょうか?

Q: なぜハッブル深視野に見える非常に遠くの銀河が、スターバースト銀河だと知られているのでしょうか?

Q: スターバースト銀河は、なぜ遠くにあるほど多いのですか?

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