[비즈한국] 今後、宇宙では何が起こるだろうか？もちろん天文学者は予言者ではない。しかし、過去においても、現在においても、そして遠い未来においても、私たちが現在把握している物理法則が同様に作用するという信念の下で、今後宇宙でどのようなことが起こるかについて語ることはできる。例えば、今後40億〜50億年ほど経過すれば、最終的に太陽は肥大化して進化を終え、惑星状星雲を残して消滅することになるだろう。このように未来の宇宙で起こることを話すたびに、必ず挙がる予測がある。我々の銀河系が隣のアンドロメダ銀河と衝突し、一つの巨大な銀河として混ざり合うというものだ。
2008年、天文学者たちは我々の銀河系とアンドロメダ銀河が互いに重力を及ぼし合う過程を、合計130万個の粒子で構成されたシミュレーションで再現した。その結果、二つの銀河が約50億年後に一つに混ざり合って巨大な楕円銀河になるという結論を得た。この結果はすぐに天文学界で急速に受け入れられ、今や我々の銀河系がアンドロメダ銀河と衝突するという話は、ほぼ既成事実として定着している。
ところが、最近アップデートされた観測結果に基づき、我々の銀河系の未来が全く異なる方向に流れる可能性という驚くべき可能性が提起された。端的に言えば、我々の銀河系はアンドロメダ銀河と衝突しないかもしれないのだ！
アンドロメダ銀河が我々の銀河系に向かって急速に近づいているという事実は、すでに遥か昔、天文学者ヴェスト・スライファーのスペクトル観測を通じて知られ始めていた。当時スライファーは、アンドロメダ銀河のスペクトルが非常に短い波長側に偏って観測されることを発見した。これは二つの銀河が互いに向かって秒速約110kmという速さで近づいていることを意味した。二つの銀河が互いの重力に引かれて徐々に近づいているという意味だ。
その後、最近まで行われた多くのシミュレーションは、我々の銀河系とアンドロメダ銀河が一つに併合されるという予測を支持してきた。気の早い天文学者たちは、50億年から70億年後に完成するであろう合体した銀河に「ミルコメダ」というそれらしい名前まで付けた（天の川＝ミルキーウェイとアンドロメダの名前を前後半分ずつ切り取って付けた名前だ）。
あまりに多くの場所で当たり前のように扱われるシナリオであるため、こうした予測はあまりにも自然に感じられる。しかし実際には、我々の銀河系とアンドロメダ銀河が最終的にどのような運命を辿るかを予測するのは非常に困難だ。
まず驚くべきことに、天文学者たちは我々の銀河系とアンドロメダ銀河の正確な質量を今もよく分かっていない。光を放つ星々だけでなく、星と星の間を満たしている暗黒物質（ダークマター）まで含めてこそ、銀河の正確な質量を測定できる。当然、暗黒物質は直接見ることができない。その代わりに、銀河全体の重力に捕らえられて軌道を回る星々の動きを通じて、各々の星を捕らえている銀河の重力の強さ、すなわち銀河の質量を把握することができる。
我々は銀河系の中に住んでいるので、銀河系の質量を測ることは容易だと思われがちだが、全くそうではない。むしろ難しい側面がある。星やガス雲が高密度でひしめき合っている天の川の中の星々を一つ一つ判別するのが非常に困難だからだ。現在も天文学者が推定する銀河系の質量は、2倍程度の幅で食い違っている。
だからといって、アンドロメダ銀河の質量を測ることも容易な問題ではない。アンドロメダ銀河までの距離は約250万光年だ。遠いと言えば遠く、近いと言えば近い、何とも曖昧な距離である。アンドロメダ銀河の周囲を回る衛星銀河や球状星団程度まではよく判別できるが、個々の星を見るのは依然として難しい問題だ。恥ずかしながら、天文学者たちはまだ我々の銀河系とアンドロメダ銀河のどちらがより重いのかを確信できていない。
果たしてミルコメダ銀河が完成するのかという問いに答えるのが難しい二つ目の理由は、各銀河の周囲を回る数多くの衛星銀河の存在だ。衛星銀河は当然、中心の巨大なメイン銀河に比べれば質量は100〜1000分の1しかない。しかし、その数が増えれば無視できない。また、衛星銀河はわずか数万から数十万光年の距離に離れている。重力は距離が遠ざかるほどその効果が急速に減少する。したがって、はるか遠い250万光年の距離にあるアンドロメダ銀河に劣らず、比較的近くにある衛星銀河による影響も小さくない。
現在まで我々の銀河系の周囲で実際に観測され、存在が確認された衛星銀河の数は60個程度だ。しかし天文学者たちは、少なくとも100個余りから多くて500個レベルに至るまで、遥かに多くの衛星銀河がまだ発見されず隠れていると推定している。こうした衛星銀河は当然、我々の銀河系とアンドロメダ銀河の軌道に影響を与える。したがって、これらをすべて考慮できなければ、銀河系の未来に対する予測は完全ではない。
現在、ガイヤ衛星は銀河系内の星々だけでなく、我々の傍を回るマゼラン銀河をはじめとする比較的近い衛星銀河内の星々の動きまで追跡している。我々の周辺にある数億個の星々の正確な3D空間分布地図と詳細な動きを把握することを目標としたガイヤの活躍のおかげで、私たちは以前に比べてより精密に周辺の星々の未来を見通せるようになった。最近、天文学者たちはガイヤの観測結果を通じてアップデートされた情報を基に、銀河衝突シミュレーションを再び詳細に再構築した。その結果は非常に興味深い。
我々の銀河系とアンドロメダ銀河のみを設定した状態でシミュレーションを実行したところ、二つの銀河が実際に衝突する可能性はわずか50％という結果が出た！ 50対50で衝突することもあれば、衝突しないこともあるという無責任な予測のように聞こえるかもしれないが、全くそうではない。これまで私たちは、銀河系がアンドロメダ銀河と衝突する可能性が当然100％だと考えてきた。その予測値が瞬時に半分にまで低下したという意味だ！
ここで終わりではない。天文学者たちは今回のシミュレーションに、少し規模の大きい衛星銀河をもう一つ適用した。アンドロメダ銀河の傍を回るさんかく座銀河を新たに追加したのだ。この衛星銀河は、我々の銀河系とアンドロメダ銀河を中心とする局部銀河群で3番目に大きい銀河である。したがって、この銀河の重力も二つの巨大銀河の衝突可能性に影響を与える。さんかく座銀河まで適用したところ、再び銀河系とアンドロメダ銀河の衝突可能性は3分の2レベルへと上昇した。
ところが、ここに我々の銀河系の傍を回る大マゼラン銀河まで適用したところ、衝突可能性が再び50％レベルまで低下した。さらに、50％の衝突可能性の場合でも、実際に二つの銀河の衝突が起こる時点は今から80億年後と予測された。銀河系がアンドロメダ銀河と今後40億〜50億年以内に必ず衝突して併合されると予測していたことと比較すれば、その可能性も、予測される衝突時点もあまりに異なる！
たとえ二つの銀河が衝突して最終的にミルコメダ銀河が作られたとしても、その時点は当初予想していたよりもずっと後になると思われる。この頃にはすでに我々の太陽系は消滅している可能性が高い。太陽は進化の最終段階を経て、太陽表面の中に地球がすっかり吸収された後だろう。アップデートされた予測が事実なら、私たちはあえて銀河系がアンドロメダ銀河と衝突する時に地球が無事かどうかを心配する必要さえないことになる。その時にはすでに地球が存在しないだろうからだ。
小さな石ころが地球にいつ衝突するかを予測するわけでもなく、数兆個の星がひしめき合う重量級の二つの銀河がいつ衝突するのか、あるいは二つが衝突するのかさえ正確に予測するのがこれほど難しいという事実は、我々の宇宙がいかに小さな変数でも運命が変わるのか、宇宙がいかに繊細な世界であるかを示す証拠と言える。いつか銀河系がアンドロメダ銀河と衝突するだろうか？これまでは非常に自信を持って、当然のこととして答えてきたが、これからはもう少し慎重に答えなければならないようだ。
これまで私は自分を紹介する際、銀河の衝突と進化を研究する天文学者として紹介してきた。当然、その中には銀河系とアンドロメダ銀河のカップルも含まれると考えていた。しかし驚くべきことに、私たちは衝突とは縁遠い運命に置かれた銀河に住んでいるのかもしれない。遠い未来にアンドロメダ銀河と衝突したら我々の太陽系はどうなるかという心配は、あえてする必要のない杞憂だったのかもしれない。
参考
https://academic.oup.com/mnras/article/386/1/461/978865?login=false#16953981
筆者のチ・ウンベは？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝える夢を持つようになった。現在は延世大学銀河進化研究センター及び近宇宙論研究室で、銀河の相互作用を通じた進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サム（Some）に乗る天文台』、『一日中宇宙の考え』、『星、光の科学』などの著書がある。