ハッブルが解き明かした、天の川銀河最古の合体劇

39個の球状星団が「銀河の化石」になった理由

天の川銀河の初期史を直接見ることはできません。約120億年前に起きた出来事は、合体した銀河そのものがすでに壊れて混ざり合っているためです。

そこで研究チームが注目したのが、数十万個規模の星が密集する球状星団です。球状星団は古い星を多く含み、誕生した銀河の化学的な環境や形成時期を長く保存しています。いわば、消滅した銀河の「化石」です。

研究チームは、天の川銀河の中心から2万光年以内にある39個の球状星団を対象に、NASAのハッブル宇宙望遠鏡の深く高解像度な画像を分析しました。そこから星団の年齢と金属量を高い精度で推定し、欧州宇宙機関（ESA）のガイア衛星による星の運動や軌道の情報、さらに統計モデルと組み合わせました。

ここでいう金属量とは、天文学で水素とヘリウム以外の元素がどれほど含まれているかを表す指標です。銀河では、星が生まれて死ぬ過程で重元素が増えていくため、銀河の質量や化学進化の速さが、星団の年齢と金属量の関係に反映されます。異なる銀河で生まれた星団は、別々の「年齢・金属量系列」を描くことがあるのです。

データに現れた3つの星団集団

解析の結果、39個の星団は単一の天の川銀河集団ではなく、主に3つの系列に分かれました。

• 天の川銀河固有の星団：最も古い系列です。若い天の川銀河の中で、初期の星形成によってその場で生まれた星団と解釈されています。
• GSE由来の星団：約100億年前に起きた、ガイア・ソーセージ・エンセラダス（Gaia–Sausage–Enceladus、GSE）との合体に伴って取り込まれた、比較的若い系列です。
• LKH由来とみられる星団：天の川銀河固有の星団よりは若い一方、GSE由来の星団よりは古い、中間的な系列です。その年齢・金属量の関係と力学的な特徴は、前の2集団のどちらにも自然には当てはまりません。

この「中間の系列」が重要な手がかりになりました。単なる天の川銀河の延長でも、GSEの一部でも説明しにくい独立した集団が存在するなら、別の母銀河から星団が持ち込まれた可能性が高まります。

LKHの合体時期と規模をどう推定したのか

LKHは、Low-energy-Kraken-Heraclesの略称です。研究者は、LKHに属していたと考えられる星団の年齢系列と軌道情報を調べ、母銀河が天の川銀河に取り込まれた時期を約118億年前と推定しました。

また、現在も残る星団の数や性質から、LKHは合体当時、恒星だけで約5億個分の太陽質量を持っていたと見積もられています。 これは、単なる小規模な星の流れではなく、若い天の川銀河の成長に大きな影響を与えた重要な構成要素だったことを示します。

「ビッグバンから約20億年後」という表現は広報上の丸めた説明です。研究論文のプレプリントでは、合体はビッグバンから約15億年後と表現されています。いずれにしても、極めて初期の宇宙で起きた出来事であり、天の川銀河の確実に復元できる大規模合体の歴史を、従来より約18億年さかのぼらせる成果です。

天の川銀河は「内製」と「合体」の両方で成長した

今回の結果は、天の川銀河の形成を単純な一つのシナリオで説明できないことを示しています。

天の川銀河は、自らの内部で最古の星団や星を形成しました。しかし同時に、LKHのような外部の銀河を初期段階から取り込み、星や球状星団、ガス、さらには銀河全体の運動を乱す力学的な影響も受けていました。

つまり、初期の天の川銀河の星がすべて外から来たという意味ではありません。その場での星形成と、他銀河の階層的な取り込みが並行して進んだという、より複合的な成長像が支持されたのです。

「銀河考古学」を一歩前進させる発見

銀河考古学では、現在残っている星の年齢、化学組成、運動を手がかりに、すでに破壊された銀河の歴史を復元します。通常の恒星の残骸は合体後に広く拡散して見分けにくくなりますが、球状星団はまとまった化学的・時間的特徴を保ちやすいという利点があります。

今回、年齢と金属量の分布からLKH由来とみられる第三の系列を分離できたことは、球状星団が古代の合体を記録する有力な「化石資料」になりうることを示しました。これは、天の川銀河が小さな銀河を取り込みながら成長したという、銀河考古学の基本的な見方を具体的な合体史へと結び付ける成果です。

この研究の意義は、2026年のカブリ賞宇宙物理学部門の受賞理由とも重なります。ヴァシリー・ベロクロフ、アミナ・ヘルミ、ロドリゴ・イバタの3氏は、過去の銀河合体の「化石」を発見し、天の川銀河が階層的な取り込みによって形成されたことを示した功績で同賞を受賞しました。 LKHの研究は、まさにその考え方を、さらに古い具体的な合体事例で裏付けるものです。

次に見つかるかもしれない古代の合体

ハッブルが今後、天の川銀河の内側にある、これまで十分に調べられていない、特に塵に隠された球状星団を観測すれば、別の年齢・金属量系列が見つかる可能性があります。

それによって、次のような情報が得られるかもしれません。

• すでに完全に崩壊した別の母銀河の存在
• その銀河が持っていた恒星質量
• 天の川銀河に取り込まれた時期
• LKHやGSE、天の川銀河固有の系列とは別の合体だったのかどうか

ただし、現時点の証拠だけから特定の追加合体を名指しすることはできません。今後の観測で星団の年齢、化学組成、軌道をさらに精密に比較することが、天の川銀河の最初期の成長史を詳しく描く鍵になります。