スーパークラスター（超銀河団）とは：定義・構造・特徴と宇宙での役割

スーパークラスター（超銀河団）の定義から構造・特徴、宇宙での役割までを図解と最新観測でわかりやすく解説。

スーパークラスターとは、小さな銀河群や銀河団の大規模な集合体のことです。これらは、宇宙で知られている構造の中で最大のものの一つです。

スーパークラスターは、宇宙の銀河が一様に分布していないことを示しています。銀河の大部分、おそらくすべての銀河は、グループやクラスターの中にあります。集団には数十個の銀河があり、銀河団には数千個の銀河があります。これらのグループやクラスターに孤立した銀河が加わり、スーパークラスターと呼ばれる、さらに大きな銀河の集まりを形成しています。

スーパークラスター自体は、万里の長城のように、「フィラメント」「コンプレックス」「壁」「シート」と呼ばれる、さらに大きな構造を形成しています。これらの構造は数億光年から100億光年にも及び、観測可能な宇宙の5%以上を占めています。スーパークラスターは、これらのスーパークラスターが形成されたときの宇宙の初期状態を示唆しています。また、スーパークラスターの中にある銀河の回転軸の方向は、宇宙の歴史の中で銀河がどのように形成されてきたのかを教えてくれるかもしれません。

スーパークラスターの中には、銀河がほとんど存在しない大きな空洞があります。スーパークラスターは、「銀河雲」と呼ばれる集団に細分化されていることが多い。

構造とスケール

スーパークラスターは、個々の銀河、銀河群、銀河団を結びつける「大規模構造」の単位です。典型的なスケールは数10メガパーセク（Mpc）から数百Mpcに及び、1Mpcは約326万光年なので、光年に換算すると数千万〜数億光年規模の構造になります。最大級のフィラメントや壁の一部は、さらに大きく観測可能宇宙の一定割合を占めることがあります。

形成とダイナミクス

スーパークラスターは、宇宙初期のわずかな密度ゆらぎが重力によって成長してできたと考えられています。暗黒物質（ダークマター）の重力ポテンシャルが銀河や銀河団を引き寄せ、フィラメントやノード（銀河団集中部）を形成します。重要な点は以下のとおりです：

• 重力的結合の程度：多くのスーパークラスター全体はまだ重力的に正規化（= 完全に束縛）されておらず、宇宙膨張に対して完全には独立していません。一方で、その内部の銀河団や一部のコア領域は局所的に重力で結びついています。
• 銀河の運動：スーパークラスター内の銀河は「特異速度（peculiar velocity）」を持ち、これらの運動の観測から質量分布や重力ポテンシャルを推定できます。ラニアケア超銀河団のように、銀河の流れ（流線）で境界を定める試みも行われています。

観測手法と代表的な構造

• 赤方偏移測定に基づく銀河分布マップ（例：SDSSや2dFなどの大規模赤方偏移サーベイ）でスーパークラスターやフィラメントが明らかになります。
• 銀河の固有速度の測定や重力レンズ、X線観測（銀河団中の熱いガス）なども質量やダイナミクスを調べる手段です。
• 代表例として、我々の属するローカル超銀河団（伝統的にはおとめ座超銀河団＝Virgo Supercluster）、より大きな定義の下ではラニアケア超銀河団（Laniakea）、シャプレー超銀河団（Shapley Supercluster）などが知られています。巨大構造の例に万里の長城（Great Wall）などがあります。

スーパークラスターと銀河進化

スーパークラスター環境は銀河の進化に影響を与えます。主な影響は次のとおりです：

• 密度依存性：高密度領域（銀河団・フィラメントのコア）では銀河同士の相互作用や合体が頻繁になり、楕円銀河や巨大楕円体の形成、星形成の抑制（クエンチング）が起こりやすくなります。
• ラム圧ストリッピング：銀河が銀河団のホットガス中を運動する際にガスが剥ぎ取られ、これが星形成を止める原因になります。
• ガス供給の制御：フィラメントを通じたガスの流入や、環境によるガス喪失は銀河の長期的な星形成履歴に影響します。

空洞（ボイド）と大規模構造の配置

スーパークラスターの間には銀河がほとんど存在しない大きな空洞があります。宇宙の大規模構造は「ネットワーク（コズミックウェブ）」のようにフィラメントで銀河や銀河団を結び、ボイドがその間に広がる形を取っています。これらの配置は初期宇宙の密度揺らぎと重力による非線形成長の結果です。

宇宙論における役割と未解決問題

スーパークラスターの分布は宇宙の大規模構造形成モデル（ΛCDMモデルなど）を検証する上で重要です。観測的に得られる統計量（例：二点相関関数、パワースペクトル）は理論との比較に用いられます。現在も残る主な課題：

• 最大スケールでの構造の形成過程とその確率（非常に大きな構造が標準モデルでどの程度許容されるか）。
• 環境要因が銀河進化に与える定量的影響の詳細把握。
• ダークマターとバリオン（通常物質）の分布の関係、特に観測される銀河分布と質量分布（重力レンズ等による）とのすり合わせ。

まとめ：スーパークラスターは宇宙の大規模構造を形作る主要な単位であり、宇宙の初期状態や重力による構造形成、銀河の進化過程を理解するための重要な観測対象です。今後の大規模サーベイや精密観測によって、その性質や役割のさらなる解明が期待されています。

質問と回答

Q: スーパークラスターとは何ですか?

Q: 銀河は宇宙に均等に分布しているのですか?

Q: 超銀河団の中で、銀河団とは何ですか?

Q: 銀河団、銀河団、孤立銀河によって形成される、より大きな集合体とは?

Q: 超銀河団自体が形成する、より大きな構造とは何ですか?

Q: これらの大きな構造は、観測可能な宇宙の何パーセントを占めているのでしょうか?

Q: 超銀河団の中にはたくさんの銀河があるのですか?

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