セクションII 銀河までの距離の見積もり

等級が天文学において相対距離を測定する唯一の方法であるわけではありません。天文学者は銀河の見かけの大きさも距離の目安として使います。銀河が遠ければ遠いほど、地球から見たときに小さく見えます。天文学者は他にもたくさんの銀河の性質を距離の測定に使ってきました。

しかし、銀河までの相対距離を見積もるために別の方法を使ったとしても、やはり課題5で見た問題、異なった銀河は異なった性質を持つ、に直面するかもしれません。ある銀河が平均の二倍の大きさだったとしましょう。地球上では、その銀河から得られる情報は私たちに見えるものだけです。銀河が大きく見えたとき、その銀河が平均よりも大きかったのだと知ることはできないので、私たちは単純に近くにあるのだ、と仮定してしまうのです。銀河の実際の大きさを知ることができないので、私たちは距離を見誤ってしまうかもしれません。 銀河までの距離を見誤って、その誤った値をハッブル図に使っていたとすると、正しい結果を得ることができません。この問題を克服するためには、単に１つ１つのの銀河を見るのではなく、銀河団を見る必要があります。

銀河団までの距離の見積もり

銀河団というのは、1000個程度の銀河が重力によって引き合い集団を作っているものです。銀河団には非常にたくさんの銀河が含まれているので、銀河のばらつきによる問題を克服する手助けになります。たとえ個々の銀河の性質が大きく異なっていても、銀河団に含まれる銀河すべての平均的な性質は、宇宙全体の銀河の平均的な性質に近くなっているはずです。銀河団に含まれる銀河の数が多いほど、銀河団の平均的な性質は宇宙全体の平均に近くなっていることがより確からしくなります。

同じ銀河団に含まれるすべての銀河は私たちから事実上（相対的にも絶対的にも）同じ距離にあるとみなすことができます。これは、明るさや大きさの「見かけの値」と「本当の」値との比が、含まれるすべての銀河について同じ、という意味です。つまり、もし銀河団内の銀河Aが銀河Bよりも3.5倍明るく見えたとすると、銀河Aは実際に3.5倍明るいのです。単一の銀河団に含まれるいろいろな銀河を見ることで、宇宙にどのような性質の銀河があるかというイメージをつかむことができます。

銀河団の銀河までの距離を見積もるときのポイントは、どの銀河が実際に銀河団に含まれているのかを知ることです。二つの銀河が天球上で同じ区域にあるというだけでは、同じ銀河団に含まれていることにはなりません。二つの銀河は同じ方向にあるだけで、とても距離が離れているかもしれないのです。

銀河が銀河団に属することを推測する助けになる例えをあげましょう。銀河団は町や都市のようなもので、銀河はその中にある建物だと思ってください。自分がイリノイ州のバタビアにある、とても高いフェルミ研究所の屋上に立っているとしましょう。望遠鏡で、大きく、広い中央イリノイの平原を見回すとします。あなたの仕事は建物や街、都市の目印を探して、その位置を示した地図を自分を中心にして作成することです。望遠鏡を通してみた情報以外を使うことはできません。

相対的に近くにある小さな街は遠くにある大都市と同じように見えます。1階建ての建物はたまたま10倍遠くにある10階建ての建物と同じ大きさに見えるはずです。しかし、小さな町を大都市と混同することはないはずです。建物を正しい相対位置に配置するために、他にも情報を知っているからです。

どの銀河が銀河団に属しているのかがわかったら、異なる銀河団に含まれる、個々の銀河の性質を比較することができます。例えば、ある銀河団に含まれる銀河の平均的な大きさは、別の銀河団の銀河の平均的な大きさと同じくらいなはずです。ある銀河団で一番明るい銀河は、別の銀河団の一番明るい銀河と同じくらいの（見かけでない）本当の明るさを持っているはずです。

銀河までの相対的な距離を測る「最良」の方法はありませんが、いくつかは他のものよりも良いことがわかっています。エドウィン･ハッブルと彼の同僚であるミルトン・ハマソンは、銀河団中の最も明るい銀河に関係するいろいろな方法を試みました。私たちも同じように、銀河団までの相対距離を見積もるときに、いろいろな方法を試して見るべきでしょう。しかし、ハッブルやハマソンよりは簡単にできるはずです。ずっと良いデータがあるのですから！

銀河の性質は様々に異なるので、調べるそれぞれの銀河団の相対距離を求めるには、同じ指標を用いるべきです。天文学者が銀河団までの相対距離を見つけようとしたいくつかの指標の例を挙げてみましょう。

1) 明るい腕を持つ渦巻銀河を上、もしくは下から見たときの見かけの大きさ
2) リング銀河のリングの見かけの大きさ
3) エッジオン（真横から見たとき）のディスクを持つ銀河の見かけの大きさ
4) 銀河団に含まれる最も明るい銀河の等級
5) 銀河団で10番目（または3番目、5番目など）に明るい銀河の等級
6) 銀河団そのものの見かけの大きさ
7) その他

相対距離の指標を決めたなら、銀河が地球からどのくらい離れているのかを求めます。銀河や銀河団の間の相対距離をわかりやすくするために、最も近い銀河または銀河団までの距離が1になるように「規格化」するのがいいでしょう。そうすると、最も近い銀河より2倍遠い銀河は2の相対距離を持つことになります。

相対距離を規格化するとき、最も近い銀河(1)と二番目に近い銀河(2)の相対距離の比を d₁ / d₂ = 1 / x、のように定めます。そして、xについて解きます。これが銀河2までの規格化された距離になります。これを繰り返してより遠くの銀河についても、規格化された相対距離を求めていきます。最も近い銀河の相対距離が1になるようにすべての銀河までの距離を規格化できたら、それぞれの銀河がどれくらい遠いのか、正しい描像を得ることができます。

サンプル銀河までの距離

銀河までの相対距離を決める方法のいくつかを確認したので、これらの方法を使って実際の銀河までの相対距離を求める準備ができました。

課題 9 : 下にある画像を見てください。SDSSデータベースからとった5つの フィールドからなるモザイク画像です。この画像には3個の銀河団が写っています。 もっと広い領域の画像を見たり、個々のフィールドの画像を見た りしたいときは、画像の下のリンクをクリックしてください。 より大きい画像を見るにはここ を、 フルサイズ（非常に大きいです）の画像を見るには ここを、 モザイクを作っている個々のフィールドを見るには ここをそれぞれクリックしてください。 画像をよくみて、銀河団を探してください。銀河団はすぐに見つかるほど 立派なものではありません。銀河団が見つかったら、銀河団に含まれる銀河を 推定して、どの銀河がどこにあるかメモを作ってください。 この作業は、この画像ではなく「モザイクを作っているそれぞれのフィールド」と、 課題10で使うナビゲーションツールによる画像を見ないと難しいでしょうから、 課題10と合わせて行うとよいでしょう。