天文学者による新しい研究は、新しい星の誕生に関与する天の川銀河領域の外縁が、以前のモデルが予測していたよりも天の川銀河の中心に近い可能性があることを示しています。国際研究チームは、10万個以上の巨星の年齢を正確に決定することで、天の川銀河の星形成円盤の「境界」を初めて明確に定義し、最近の星形成活動​​が起こった領域が人々が予想していたほど遠くには広がっていないことを発見した。

既存の銀河進化モデルでは一般に、新しい星は銀河円盤の内側から外側への「リレー」で誕生すると考えられており、銀河中心からの距離が増すにつれて星の平均年齢は徐々に小さくなるはずである。しかし、研究チームは観測データで 2 つのまったく異なる年齢傾向を観察しました。天の川銀河の内側の円盤領域では、星は外側に行くにつれて若くなっています。しかし、天の川銀河の中心から約 40,000 光年離れると、この傾向は突然逆転し、外側の星は老化します。その結果、最も若い星が特定の半径の周りに集中する「U」字型の年齢曲線が得られます。この構造は、天の川銀河の星形成円盤の外縁の明確なマーカーとして見られます。

論文の筆頭著者でインスブリア大学の天体物理学者カール・フィテーニ氏は、天の川銀河の星形成円盤がどこまで広がっているかは「銀河考古学」において常に未解決の問題だと述べた。今回、星の年齢の細かい分布を半径の関数としてマッピングすることにより、研究者たちはついに定量的かつ明確な答えを与えました。この研究では、LAMOST-DR3 と APOGEE-DR17 という 2 つの主要な恒星調査データを、AstroNN ニューラル ネットワークの距離推定と Gaia の高精度天文データと組み合わせて使用​​しました。サンプルの選択は、銀河円盤自体の固有の特性を可能な限り強調するために、主に銀河円盤の中心面に近く、高度に円形の軌道を持つ星に限定されました。

研究者らは、巨星の年齢と数値シミュレーションの結果を組み合わせて、天の川銀河の星の年齢の「指紋」を半径の関数として描きました。これは、約35,000光年から40,000光年に重要な構造境界があることを明らかに示しています。この機能はさまざまな調査データにおいて非常に安定しており、使用されるデータセットとは何の関係もありません。対応する半径は、銀河円盤内の星密度プロファイルが明らかに「壊れている」、いわゆる「破壊半径」とも非常に一致しており、これは星形成円盤の物理的な端とみなされます。

共著者でマルタ大学の天体物理学者であるジョセフ・カルアナ氏は、今日利用できる高精度の星年齢データが天の川銀河の歴史を解釈するための強力なツールになりつつあり、私たちを恒星年齢を使って銀河の進化の歴史を再構築する「新時代」に押し上げていると指摘した。この円盤の端を超えると、星形成活動​​は大幅に減衰し、円盤の質量密度は減少し続けていますが、観測では依然として多数の星の存在が明らかになっているため、重要な疑問が生じています。新しい星が円盤の外側でほとんど形成されなくなった場合、これらの星はどのようにしてそこに現れるのでしょうか?

研究によって得られた答えは「放射状の移動」です。星は銀河円盤内でゆっくりと外側に「漂流」することがあります。このプロセスは、銀河円盤の渦巻状の波での「サーフィン」に鮮やかに例えられます。星々は、波を利用して海岸に到達し、銀河を通過する渦巻状の腕をつかみ、徐々に生まれ故郷を離れ、さらに外側に移動するように自らを導くサーファーのようなものです。この移動は遅くてランダムであるため、星が遠くなるほど、移動が完了するまでに時間がかかります。したがって、平均年齢が最も高い星は、年齢の「谷」から離れた領域の最も外側に集まります。

観測とシミュレーションによると、この「破断半径」は、太陽の位置の仮定の違いや他の調査でのサンプルサイズの不足などの統計的な偏りによって引き起こされたものではなく、天の川銀河円盤構造の実際の物理的な境界であることが示されています。この結果は、天の川銀河が典型的なタイプ II (下向き曲線) 円盤銀河である、つまり、破断半径の外側では、単純な指数関数的円盤モデルよりも星の数が豊富であるという見解を裏付けています。この構造は、星形成の切断と放射状移動の間の競合に由来すると考えられており、星の年齢分布に「U」字型の進化の化石記録を残しています。

関連する研究は、天の川銀河の形成と進化についての理解をさらに深めるだけでなく、他の円盤銀河を理解するための重要な参照規則も提供します。従来の見方では比較的「静かな」天の川銀河の外円盤は、現在、半径方向の移動、軌道共鳴、そして徐々に崩壊していく星形成の共同作用の下で進化するダイナミックな領域として再描写されている。その複雑な重力相互作用は、かつては「辺鄙で当たり障りのないもの」と考えられていたこの銀河空間を再形成し続けています。