天の川の外側に巨大な「さざ波」　ゆがんだ銀河円盤に重なる新たな構造

天の川銀河の外側に広がる冷たい分子ガスの円盤は、単純な一枚の曲面ではないようだ。中国科学院・紫金山天文台の研究チームは、円盤全体に見られる大きな「反り（ワープ）」に加え、水面の波紋のような垂直方向の波状構造が広がっていることを突き止めた。

研究成果は、2026年8月7日に科学誌 Nature Astronomy で発表された。今回の発見によって、天の川の外縁部は「大きく反った円盤」であるだけでなく、その上にさらに細かな、あるいは大規模な“しわ”が重なった構造として捉えられることになる。

見つかったのは「反り」の上に重なる波

銀河円盤のワープとは、中心から離れた外側の領域が、銀河の中心面から上や下へ大きく曲がる現象だ。これまでのモデルでは、天の川の外側にあるガス雲の位置を、この大きな曲がりによって説明しようとしてきた。

研究チームは、天の川画像巻物（MWISP）サーベイのデータから、3万個を超える分子雲を含む3次元カタログを分析した。MWISPは、紫金山天文台の口径13.7メートルのミリ波望遠鏡を使い、北側の銀河面にある一酸化炭素の放射を観測する計画だ。

まず、分子ガス円盤全体の大きなワープをモデル化した。そのうえで、モデルから外れる雲の高さを調べたところ、残差はばらばらの偶然のずれではなく、広い範囲でつながった波のようなパターンを示した。

つまり、天の川の外側は「反った円盤」であると同時に、その円盤を縦方向に揺らす波が走っていると考えられる。

一酸化炭素が銀河の構造を映し出す理由

冷たい分子雲は、可視光では観測しにくい。銀河面には大量の塵があり、遠くにあるガスや星を隠してしまうためだ。そこで役立つのが一酸化炭素（CO）である。

COのスペクトル線は、冷たい分子ガスの存在を示す目印になる。こうしたガスは、将来の星が生まれる環境と結びついているため、COを調べることで、星形成に関わる物質の分布を追跡できる。

MWISPでは、紫金山天文台の望遠鏡を使い、^12CO、^13CO、C^18OのJ=1–0遷移を同時に観測している。 スペクトル線には視線方向の速度情報も含まれる。雲の位置と観測データを組み合わせることで、研究者は分子雲の立体的な分布を再構成し、モデル化した銀河面からどれほど上または下に位置するかを測定した。

3万個を超えるという大規模なサンプルがあったからこそ、個々の分子雲に固有の不規則な位置と、銀河規模で連続する構造を区別できた。

なぜ先にワープを取り除いたのか

すべての上下方向のずれをワープの一部として扱ってしまえば、その上に重なる波は見えにくくなる。そこで研究チームは、まず円盤全体の大きな曲がりを表す基準モデルを作り、そこから外れる部分だけを取り出した。

その結果、ワープだけでは観測された分子雲の位置を説明できないことが分かった。残った揺らぎは十分に秩序立っており、円盤の大きな形に重なる「コルゲーション（波状構造）」と呼べるパターンを示した。

これは、天の川のワープを単に詳しく測ったというより、「反り」と「波」が同時に存在するという銀河の新しい見方を示す結果だ。

波紋は何によって生まれたのか

研究チームは、この波状構造が、外部からの重力的な擾乱によって生じた「曲げ波」である可能性を示している。候補として考えられるのは、天の川の近くを通過した衛星銀河や矮小銀河などだ。

銀河同士の相互作用によって生じた揺れが、天の川の外側の円盤を伝わったのであれば、現在見えている波紋は、過去の接近や重力的な影響を記録する痕跡になり得る。

ただし、今回の結果から特定の衛星銀河が原因だと確定したわけではない。波紋の起源については、複数の相互作用や別の物理過程も含め、今後のモデル計算と観測で検証する必要がある。

天の川の進化を読み解く新たな手がかり

今回の構造は、天の川をほぼ静的な円盤として見る従来のイメージを大きく広げる。外側の分子ガス円盤では、大規模なワープと、その上に重なる波状構造が共存している可能性が示された。

波の形や規模、どれほど連続しているかを銀河の相互作用モデルと照らし合わせれば、天の川が過去にどのような重力的擾乱を受け、それが外縁部をどう伝わったのかを探れるかもしれない。また、星が生まれる冷たいガスの立体的な分布を詳しく把握するうえでも重要な観測結果となる。

現時点で確実に言える中心的な成果は、天の川の外側の分子ガス円盤に、大きなワープだけでなく、広範囲にわたる垂直方向の波紋が観測されたことだ。これらの“しわ”が銀河の過去をどこまで語ってくれるのかは、今後の研究に委ねられている。