天の川銀河とアンドロメダの出会い

私たちの銀河と巨大な隣人が、数十億年をかけてひとつに合体するかもしれない道のり

ステップごとに

ふたつの巨大な隣人

アンドロメダ銀河は、ほとんどの人が肉眼で見られる最も遠いものです。暗い夜には、アンドロメダ座にぼんやりしたしみのように見えます。私たちが見る光は約250万年前にそこを出発しました。空では満月の6倍の幅に広がっていますが、肉眼で見えるのは明るい中心部だけです。

どちらも渦巻銀河です。明るいバルジのまわりを回る星とガスの平たい円盤が、はるかに大きな暗黒物質のハローに包まれています。その暗黒物質を含めると、どちらも太陽の約1兆倍の質量があります。ここでは太陽に印をつけています。私たちの銀河の中心から約2万6000光年のところです。

地球から測る

アンドロメダ銀河の光は青い側にずれています。秒速301 kmで私たちに近づいているのです。その大部分は太陽自身が銀河を回る運動によるもので、私たちの銀河の中心に向かっては、アンドロメダ銀河は秒速約115 kmで近づいています。

視線方向の速さは、銀河の光のずれから簡単に測れます。空を横切る速さはそうはいきません。アンドロメダ銀河の距離では、横向きに秒速100 kmで動いても、1世紀で100万分の1度も動きません。ハッブル、そして宇宙望遠鏡ガイアが、何年もかけてその星々をはるかに遠い銀河を背景に追い、この動きを測りました。

この横向きの速さがすべてを決めます。もしゼロなら、ふたつの銀河はまっすぐ互いに落ち込みます。小さいもののゼロではなく、まだ正確にはわかっていないので、どれほど近くをすれ違うか誰も確かなことは言えません。これが私たちの見るアンドロメダ銀河で、円盤は私たちに向かって大きく傾いています。

コイン投げ

これは測定が許す数十通りの未来で、それぞれが今後100億年のアンドロメダ銀河の道筋です。約半分ではふたつの銀河は合体し、残りでは離れてすれ違い、二度と出会いません。

2025年、天文学者たちは局部銀河群の今後100億年を数千回のシミュレーションで追いました。それぞれ測定誤差の範囲内で違う値、つまり銀河の質量・距離・運動から出発しています。天の川銀河とアンドロメダ銀河がその間に合体したのは約半分だけで、多くは今から約76億年後でした。

最も大きなふたつの伴銀河も関わってきます。アンドロメダ銀河に落ちていくさんかく座銀河は合体を起こりやすくし、軌道がふたりの軌道と直角に交わる大マゼラン雲は起こりにくくします。この物語は、ふたつが合体するひとつの未来を追います。どちらが正しいかは、より良い測定、とりわけアンドロメダ銀河の横向きの動きの測定が決めるでしょう。

小さな銀河が落ちてくる

大マゼラン雲は16万光年のかなたにあり、南半球からは肉眼で簡単に見えます。暗黒物質を含めると、その質量は天の川銀河の10分の1を超えます。私たちの銀河のハローの中を進むうちに、後ろに暗黒物質の航跡を集め、それが引き戻します。これが力学的摩擦で、アンドロメダ銀河を引き寄せるのと同じブレーキです。

落ちていくうちに潮汐力で引き裂かれ、その星々は、先に飲み込まれた多くの小さな銀河の星々と同じように、天の川銀河全体に散らばります。引き裂かれ方はここでは描いたものです。詳しく示せるのは、すべての星がほかのすべての星を引く力を追うシミュレーションだけです。

アンドロメダの伴銀河

さんかく座銀河は局部銀河群で3番目に大きな銀河で、天の川銀河の半分より少し広い渦巻銀河です。私たちから280万光年のところにあります。アンドロメダ銀河と同じく、とても暗い空の下ならかろうじて肉眼で見えます。アンドロメダ銀河に向かって初めて落ちていくところのようです。

その引力は私たち自身の未来にも関わります。アンドロメダ銀河に落ちながらそれを横に引っ張り、研究のシミュレーションでは、そのせいで天の川銀河との合体が起こりやすくなりました。ここでも、その星々が引き裂かれてアンドロメダ銀河に散らばるさまは描いたものです。

近づいていく

時間を早送り：数十億年をかけて、ふたつの銀河は互いの重力に引かれ、ますます速く落ち合います。アンドロメダ銀河は夜空でどんどん大きくなります。

ふたつを引き寄せているものの大部分は暗黒物質です。それぞれの銀河の暗黒物質ハローは星々の数倍の質量があり、数十万光年のかなたまで広がっています。ハローが重なると互いにブレーキをかけ合い、それが銀河を合体できるほど減速させるのです。

地球からは、アンドロメダ銀河はしだいに大きく明るくなり、ついには空の大部分を覆うでしょう。円盤は今と同じように傾いたままです。ただしそのころには太陽も変わっています。約50億年後、太陽は膨らみはじめて赤色巨星になります。

最初のすれ違い

それぞれの銀河は、相手の近い側を遠い側より強く引き、引き伸ばします。円盤がどれだけ引き裂かれるかは回り方しだいです。アンドロメダ銀河の円盤は軌道と同じ向きに回るので、外側の星が引きずられて外へはじき出されますが、逆向きに回る天の川銀河の円盤はもちこたえます。

銀河は互いの暗黒物質のハローを通り抜け、ハローはふたつにブレーキをかけて速さを奪います。星どうしはほとんど決してぶつかりません。星と星はとても離れているので、ふたつの銀河がまるごと重なっても、ふたつの星の衝突はきわめてまれです。

離れて、また戻る

暗黒物質のブレーキがなければ、また遠くまで離れられたかもしれません。それがあるため、すれ違うたびに軌道のエネルギーがさらに奪われ、次のすれ違いはより早く、より近くなります。研究のシミュレーションでは、ほとんどの合体が2回目のすれ違いで起きました。

その間にかき乱された円盤は少し落ち着きますが、最初のすれ違いではじき出された星は外へ漂い続け、ふたつの銀河のまわりにかすかな流れや殻をつくります。ほかの銀河と出会った多くの銀河のまわりに、天文学者が見ているのと同じようなものです。

合体

銀河が合体するあいだ、それぞれの星にかかる引力はすばやく変わり、整然とした周回をあらゆる方向のループに変えてしまいます。ガス雲がぶつかり合えば新しい星がいっせいに生まれるかもしれず、中心に落ちるガスはブラックホールを養い、ブラックホールもやがて一緒に沈んで合体します。

天の川銀河のブラックホール、いて座A*は太陽の約400万倍、アンドロメダ銀河のものは約1億倍の質量です。合体の終わりのようすは、完全なシミュレーションが示すところに従ってここに描いています。ここで示す星どうしは互いに引き合わないからです。

ひとつの銀河

数億年後、ふたつは渦巻腕のない、年老いた星々の丸い銀河ひとつになっています。楕円銀河で、ミルコメダと呼ばれることもあります。

楕円銀河は、私たちに見える最大級の銀河によくあるもので、その多くはこのような合体でできたと考えられています。ガスがほとんど残っていないので新しい星はあまり生まれず、数十億年のうちに明るい青い星が死んでいくにつれ、銀河の光は赤くなっていきます。

大マゼラン雲とさんかく座銀河もその一部になり、局部銀河群の小さな銀河の多くもあとに続くかもしれません。そのころには、銀河群の外の銀河は宇宙の膨張に運ばれて、さらに遠ざかっているでしょう。

太陽の行き着く先

ほとんどの星と同じく、太陽も合体を生き延びます。この未来では、太陽は新しい銀河の中心から、今日私たちの銀河の中心から離れているよりも遠くに行き着きます。

合体のシミュレーションは、太陽がおそらくもっと外側に運ばれるという点で一致していますが、正確にどこかは予測できません。近くの星が惑星を乱すほど近づくことはありません。銀河が合体しているあいだも、星どうしは何兆kmも離れたままです。

そのころ太陽は、もう今のような星ではありません。約76億年後に赤色巨星として最大になり、その後外層を放り出して白色矮星になります。地球ほどの大きさの、かすかに光る燃えさしで、新しい銀河の中を回り続けます。