Name: なぜ天の川は平らなのか？- スコット・ハーシュバーガー (Why is the Milky Way flat? - Scott Hershberger)
Uploaded: 2024-09-20T22:16:08.000Z
Duration: 5 min 27 s

Within the Milky Way, the Earth resides on the inner edge of a spiral arm.

天の川銀河の中で、地球は渦状腕の内縁に位置している。

でも、ここは私たちの定住地ではない。

When most dinosaurs went extinct, our solar system was in a different arm than it is today.

ほとんどの恐竜が絶滅したとき、太陽系は現在とは異なる腕の中にあった。

その構造さえも進化し続けている。

To see why, let's start at our galaxy's very beginning.

その理由を知るために、銀河系の始まりから見てみよう。

Thirteen billion years ago, propelled by supernovae and the general chaos of the early universe, the gas and dust particles that eventually became our Milky Way were whizzing around in every direction.

130億年前、超新星爆発と宇宙初期の大混乱に後押しされ、最終的に我々の天の川となったガスと塵の粒子は、あらゆる方向に飛び回っていた。

Each particle had a certain angular momentum— the magnitude and direction of its rotation around the emerging galaxy's center.

それぞれの粒子は一定の角運動量、つまり、出現した銀河の中心を中心とした回転の大きさと方向を持っていた。

Just as the new galaxy's total mass was the sum of the individual particle's masses, the galaxy also had an angular momentum that was the sum of the particle's angular momenta.

新しい銀河の全質量が個々の粒子の質量の和であるように、銀河もまた粒子の角運動量の和である角運動量を持っていた。

So, despite the wild motion of its parts, the galaxy as a whole was rotating about an axis.

つまり、部分的な乱暴な動きにもかかわらず、銀河系は全体として軸を中心に回転していたのだ。

Meanwhile, the gas and dust particles frequently collided, losing some energy to heat.

一方、ガスと塵の粒子は頻繁に衝突し、エネルギーを失って熱になった。

Because they slowed down, gravity was able to pull them closer to the galactic center.

速度が落ちたため、重力に引かれて銀河の中心に近づいたのだ。

So why did the Milky Way, like most galaxies, become flat and not spherical like stars and planets?

では、なぜ天の川銀河は、他の銀河と同じように、星や惑星のように球形ではなく、平らになったのだろうか？

The laws of physics dictate that in the absence of external forces, the total angular momentum of an object or system has to stay the same over time.

物理学の法則では、外力がない場合、物体やシステムの角運動量の総和は、時間と共に同じに保たれなければならない。

In a star or planet, the spinning material is so dense that the outward pressure partners with gravity to create a mostly spherical shape.

恒星や惑星では、回転している物質が非常に高密度であるため、外向きの圧力が重力と組み合わさり、ほぼ球形の形が作られる。

But emerging galaxies tend to have low densities and high angular momentum, meaning that the spinning motion is a more significant factor than the outward pressure.

しかし、出現しつつある銀河は密度が低く、角運動量が大きい傾向がある。つまり、外向きの圧力よりも自転運動の方が重要な要素なのだ。

Indeed, if a galaxy has a lower angular momentum, an egg shape can form.

実際、銀河の角運動量が小さいと、卵型になることがある。

In galaxies like the Milky Way, particles, instead of falling directly towards the center, tended to fall parallel to the axis of rotation as to keep the larger total angular momentum constant.

天の川銀河のような銀河では、粒子は中心に向かって直接落下するのではなく、より大きな全角運動量を一定に保つために、自転軸に平行に落下する傾向があった。

Over billions of years, the cloud of particles gradually fell, sped up in their orbits, and created a spinning disk.

何十億年もの間、粒子の雲は徐々に落下し、軌道を速め、回転する円盤を作り出した。

Spiral arms like the one Earth is in are regions where stars and gas are packed more tightly together.

地球があるような渦巻きの腕は、星とガスがより密に詰まった領域である。

しかし、腕は静的な構造ではない。

They're caused by zones of compression that travel through the galaxy as waves.

これは、銀河系を波として伝わる圧縮帯によって引き起こされる。

Just as a whirlpool has multiple peaks and troughs, a density wave in a galaxy has multiple regions of high density— the bright spirals— separated by regions of lower density.

渦巻きに複数の山と谷があるように、銀河の密度波には、密度の高い領域（明るい渦巻き）が複数あり、密度の低い領域によって隔てられている。

And as the wave travels, different stars are constantly entering and leaving the spirals.

そして、波が進むにつれて、さまざまな星が絶えず渦巻きに出入りしている。

密度波はいくつかの方法で形成される。

For some galaxies, a nearby companion galaxy stirs the pot.

銀河によっては、近くの伴銀河がその鍋をかき混ぜている。

Its gravitational pull breaks the disk's symmetry, generating a wave that could last for a billion years.

その引力が円盤の対称性を壊し、10億年続く可能性のある波を発生させる。

For other galaxies, the presence of a small clump of tightly packed stars and gas within the galaxy can have a ripple effect, spontaneously giving rise to a wave.

他の銀河の場合、銀河の中に星やガスがぎっしり詰まった小さな塊があると、波紋のような効果が現れ、自然に波が発生することがある。

This is thought to be the cause of the Milky Way's spirals.

これが天の川の渦巻きの原因と考えられている。

In both scenarios, the galaxy's overall rotation bends the dense region into spirals, which rotate around the galaxy's center.

どちらのシナリオでも、銀河全体の自転によって高密度の領域が渦巻きに曲げられ、それが銀河の中心を中心に回転している。

Our solar system is orbiting the galactic center faster than the spiral arms.

私たちの太陽系は、渦巻きの腕よりも速く銀河の中心を回っている。

We'll be moving deeper into our current arm for millions of years before eventually putting it in our rearview mirror.

私たちは何百万年もの間、現在の腕の奥深くへと進み、やがてバックミラーに映るようになる。

And recent observations have added another wrinkle to the picture.

そして最近の観測で、また新たなしわ寄せが加わった。

Rather than just one density wave, a typical spiral galaxy likely has two or more waves that overlap with each other and travel at different speeds.

典型的な渦巻き銀河では、密度の波は1つではなく、2つ以上の波が重なり合い、異なる速度で移動しているようだ。

The result would be spiral arms that last for tens or hundreds of millions of years before breaking apart and reforming.

その結果、数千万年から数億年続く渦巻きの腕が形成され、その後、分裂と再結合を繰り返すことになる。

This may be happening in the Milky Way, meaning that when the Earth formed 4.5 billion years ago, the spirals themselves may have looked entirely different than they do today.

これは天の川銀河で起こっている可能性がある。つまり、45億年前に地球が形成されたとき、渦巻き自体は現在とはまったく異なる姿をしていた可能性があるということだ。

In any case, our spirals won't last forever.

いずれにせよ、スパイラルは永遠には続かない。

About 5 billion years from now, the Milky Way will start to merge with the Andromeda Galaxy, throwing off the balance of angular momentum and creating an egg shape— the birth of a new era in our galaxy's history.

今から約50億年後、天の川銀河はアンドロメダ銀河と合体を始め、角運動量のバランスが崩れて卵型になる。

 And watch as the battle between two forces shapes the structure of the entire universe with this video.

そして、2つの力の戦いが宇宙全体の構造を形成する様子を、このビデオでご覧いただきたい。