銀河はどこまで大きく成長できるのか。天文学者たちは何十年もこの問いに取り組んできた。アベル2029銀河団の中心にある巨大楕円銀河IC 1101の新たな研究により、既知の上限はかつてないほど押し上げられた。
チリのアイザック・ニュートン望遠鏡の広視野カメラ（INT/WFC）で取得された、この銀河の史上最も深い画像を用いて、カルロス・マレーロ＝デ・ラ・ロサ氏とイグナシオ・トルヒージョ氏が率いるチームは、IC 1101の主本体が半長軸に沿って260キロパーセク（84万8000光年）の限界半径まで広がっていることを確認した。これにより、その直径は約520キロパーセク、すなわち約170万光年と確定した。比較として、天の川銀河の星の円盤は約10万光年の範囲に広がっている。
『Astronomy & Astrophysics』に掲載が受理されたこの研究は、1平方秒あたり30等級の表面輝度深度に達し、銀河の最もかすかな外周部を検出するのに十分な深さだった。このレベルで、チームは高度な点広がり関数モデリングとハイブリッド・ウェーブレットベースのデコンボリューション技術を用いて、恒星と銀河自身からの散乱光を差し引き、真の境界を明らかにした。
質量サイズ関係の極限
IC 1101は星に約3.4兆太陽質量を内包し、銀河の質量サイズ関係の極めて高い上限に位置する。260キロパーセクという限界半径は、これまで測定されたどの銀河よりも大きく、IC 1101が既知で最も広がった銀河であることを確認している。
しかし、この銀河は静的な遺物ではない。超深画像は、銀河の外周部周辺に多数の非対称で非常に低い表面輝度の特徴を明らかにしている。これらの特徴は、X線研究で以前観測されたアベル2029の銀河団内媒質の擾乱と空間的に相関しており、IC 1101が環境から物質を活発に降着させていることを示唆している。
「外周部は進行中の質量集積の明確な兆候を示しており、その空間的広がりが今も成長し続けていることを示している」と著者らは報告している。これは、既に記録的な大きさにあるIC 1101でさえ、まだ最終形態に達していないことを意味する。
銀河団の中心にあるcD銀河
IC 1101はcD銀河に分類される。これは豊かな銀河団の中心に見られる超巨大楕円銀河の一種である。これらの銀河は、銀河団に落下するより小さな銀河を捕食し、銀河団内のガスを降着させることで成長する。おとめ座に約11.5億光年の距離にあるアベル2029銀河団は、豊かな供給源を提供している。
この銀河はまた、これまで発見された中で最大級の超大質量ブラックホール（推定質量500億〜700億太陽質量）を擁し、既知のどの銀河よりも最大の拡散核を持っている。核の性質は、銀河形成時の中心ブラックホールの合体が核領域から星を弾き飛ばし、観測される恒星質量 deficit を生み出した可能性を示唆している。
上限の問い
この研究は、天体物理学の基本的な未解決問題の一つに観測的制約を与えている。銀河が超えられない最大サイズは存在するのか？IC 1101が520キロパーセクで存在し、今も活発に成長していることは、上限が従来考えられていたよりも高い可能性を示唆している。重力力学、ガスの供給、銀河団環境のすべてが銀河の究極的な広がりを決定する役割を果たすが、IC 1101は、自然界が天の川銀河をはるかに超える構造を構築できることを示している。
アベル2029よりも豊かな銀河団に、さらに大きな銀河が発見されるのを待っているのかどうかは、未解決の問いのままである。今のところ、IC 1101が記録を保持しており、その成長はまだ終わっていない。
雅子 訳