ハッブルが発見、天の川銀河で最古とみられる銀河合体の痕跡

天の川銀河は、初期から自ら星を生み出すだけで成長したわけではなかったようだ。NASAのハッブル宇宙望遠鏡による観測から、約118億年前、誕生して間もない天の川が、現在は「Low-energy-Kraken-Heracles（LKH）」と呼ばれる矮小銀河を取り込んだ証拠が見つかった。この合体は、今回の研究で確認された天の川の最古級の主要な銀河合体で、銀河の形成史を従来より約18億年さかのぼらせるものだ。

手がかりは、消滅した銀河の「星の化石」

LKHそのものは、現在まで形を保って残っているわけではない。そのため研究チームは、親銀河が崩壊した後も残りやすい「球状星団」に注目した。

球状星団は、数多くの星が密集した古い星の集団だ。そこには、星がいつ生まれ、どのようなガスから形成されたのかという情報が保存されている。

ダビデ・マッサーリ氏らのチームは、天の川銀河の内側、中心からおよそ2万光年以内にある39個の球状星団を分析した。ハッブルの観測データと統計モデルを用い、各星団の相対的な年齢と「金属量」を測定した。天文学でいう金属量とは、水素とヘリウム以外の元素の量を指し、星が生まれたガスがどの程度化学的に豊かだったかを示す指標になる。

年齢と金属量を組み合わせて調べると、星団は一つの連続した集団ではなく、三つの異なる系列に分かれた。

• 天の川固有の原始銀河に由来する星団：最も古い系列で、天の川の最初の構成要素で形成されたと考えられる。
• ガイア・ソーセージ・エンセラダス由来の星団：約100億年前に起きた既知の合体に関連する、化学的に異なる集団。
• LKH由来とみられる星団：ガイア・ソーセージ・エンセラダスの星団より古い一方、天の川固有の星団よりは若い、これまで知られていなかった系列。

この第3の系列が、今回の発見の中心となる手がかりだ。星団の年齢と化学組成は、天の川固有の集団にも、ガイア・ソーセージ・エンセラダスの合体にも当てはまらない。むしろ、別の銀河で形成された星団が、後に天の川へ取り込まれたと考えると自然に説明できる。

年齢と金属量が、失われた銀河を見分ける

球状星団の年齢は、星が生まれた時期を示す時計のような役割を果たす。一方、金属量は、その星団が生まれた環境の化学的な履歴を記録している。

一つの銀河の中では、初期世代の星が生み出した元素がガスに蓄積し、その後の世代の星形成へ影響を与える。そのため、銀河ごとに星団の年齢と金属量の間には固有の進化パターンが残る。異なる銀河で生まれた星団なら、別の「化学的な履歴」を示す可能性が高い。

今回見つかった第3の系列では、星団が共通する化学史を持ち、年齢の並びでも天の川固有の星団やガイア・ソーセージ・エンセラダスの集団とは異なる位置を占めていた。ハッブルの精密な測定が、これらの違いを切り分けることを可能にした。

研究チームは、この集団に属する古い星団12個をLKHと結びつけた。これらは、取り込まれた矮小銀河が残した「化石記録」とみなせる。 ただし結論は、星団の現在の場所や運動だけから導かれたものではない。年齢、化学組成、銀河内での運動力学的な状況を組み合わせ、すでに消滅した親銀河の姿を復元した結果だ。

LKHは、決して小さな存在ではなかった

研究者らは、LKHが天の川と合体した当時、そこに含まれていた恒星の総質量は太陽約5億個分だったと推定している。これはガイア・エンセラダスの推定恒星質量とも近く、LKHとの合体は、単なる小規模な星の取り込みではなく、天の川の成長に大きく寄与した出来事だったと考えられる。

合体が起きたのは、宇宙が現在の年齢の15％未満だった時代だ。報道資料では、ビッグバンからおよそ20億年後とされている。 一方、研究論文の資料ではビッグバンから約15億年後という表現も使われており、年代の精度や示し方に差がある。ただし、いずれも天の川が非常に若かった時期の出来事である点は共通している。

天の川の「生い立ち」はどう変わるのか

今回の成果は、天の川の起源をより複雑なものにする。初期の天の川では内部で星が生まれ続けていたが、それだけでなく、LKHで形成された大量の星も合体によって運び込まれた。現在の銀河中心部には、原始天の川で生まれた星、LKHから来た星、さらに後の合体で加わった物質が共存していることになる。

また、天の川の主要な合体史がさらに古い時代へ広がった。今回の研究以前、天の川の合体史は、今回の資料で約100億年前とされるガイア・ソーセージ・エンセラダスの出来事まで、確実にたどられていた。LKHの痕跡は、それより前にも大規模な合体が起きていたことを示す。天の川はまだ若い銀河だった時代から、衝突と合体を通じて組み上がっていたのだ。

星を手がかりに銀河史を掘り起こす「銀河考古学」

この研究は、銀河考古学の典型的な例でもある。直接観測できなくなった遠い過去の出来事を、長寿命の星や星団に残された記録から復元する手法だ。

親銀河が潮汐力によって壊されても、球状星団は生き残ることがある。形成された時期や化学的環境を保った星団を、年齢、金属量、運動の特徴によって分類すれば、数十億年前に解体された銀河の断片を見つけ出せる。

提供された資料では、この年齢・金属量分析と、星団を「力学的な化石」として扱う手法が、2026年のカブリ宇宙物理学賞で評価された、天の川銀河の再構築という広い研究分野につながると説明されている。ただし、賞の具体的な授賞理由や受賞者については、今回の資料だけでは確認できないため、詳細な関連づけは避ける必要がある。

ハッブルは、さらに古い合体を見つけられるか

この方法は、天の川の過去に起きた別の合体を探す手がかりにもなる。特に、星が密集し、塵によって観測しにくい銀河中心付近には、まだ詳しく調べられていない球状星団が残されている可能性がある。ハッブルでそれらを観測すれば、別の年齢・金属量系列が見つかるかもしれない。

新たな系列が見つかれば、それはLKHやガイア・ソーセージ・エンセラダスとは別の外部銀河が、初期の天の川に取り込まれた痕跡である可能性がある。現時点で、資料は具体的な次の合体候補を特定していない。だが、残された星団の年齢と化学組成を読み解き、異なる形成史を分離することで、天の川から消えた過去の章をさらに掘り起こせることは示された。