球状星団とは？星が丸く集まる理由と散開星団との違いを解説

夜空の写真に、細かな星がぎっしり集まった光の玉が写っていることがあります。一つの巨大な星のようにも見えますが、その正体は多くの恒星が集まった「球状星団」です。

球状星団とは、数万個から数百万個もの星が、互いの重力でまとまった天体です。見た目の丸さだけでなく、星の密集度や年齢、銀河の中での分布にも特徴があります。散開星団との違いから、その不思議を見てみましょう。

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球状星団とは？星が密集した「光の玉」

球状星団は英語でglobular clusterと呼ばれます。ESA/Hubbleは、数万個から数百万個の星が強く重力で結びついた、安定した星の集団と説明しています。星の数には幅があり、どの球状星団も同じ規模ではありません。

中心ほど星が密に見えるため、遠くから撮影すると中央が明るい光の塊に見えます。しかし、それは固い表面のある球ではなく、多数の星の光が重なっている姿です。星は三次元の空間に分布しており、写真はそれを一方向から見たものです。出典：ESA/Hubble「Globular cluster」

星はそれぞれ質量を持ち、互いに重力を及ぼします。球状星団は、その集団全体の重力によってまとまっています。ESA/Hubbleも、密集した星々の強い重力的な結びつきが、球状の姿につながると説明しています。

ここで大切なのは、「すべての星が一か所にくっついている」のではないことです。星々は星団の中で運動しながら、集団として存在しています。また、名前に球状と付いていても、数学の図形のように完全な球である必要はありません。

一枚の写真で明るい中心だけを見ると、一つの星やガスの雲に感じられるかもしれません。周辺へ向かって星の点がまばらになっていく様子に注目すると、星の集団としての構造をつかみやすくなります。

どちらも恒星の集まりですが、散開星団が時間とともに必ず球状星団になる、という順番ではありません。比較する際は、星の数だけでなく、集まり方や年齢の傾向を合わせて見ます。

国立天文台は、散開星団が星形成の盛んな銀河円盤に主に分布するのに対し、球状星団は銀河円盤を包むハローに分布すると紹介しています。空での位置の違いは、銀河の構造を知る手がかりにもなります。出典：国立天文台「夏の星団を観望する」

天の川銀河の球状星団には、100億年を超える古い星が多く含まれています。「古い星」と聞くと、すべてが光を失っているように感じるかもしれません。しかし、星の寿命は質量によって違います。長く輝く星もいれば、すでに進化の終わりへ進んだ星もあります。

国立科学博物館は、球状星団を構成する星の色や明るさの分布を調べることで、年齢を求められると解説しています。一つの星の色だけで決めるのではなく、集団の特徴から歴史を読み取るのです。出典：国立科学博物館「球状星団と散開星団はどのように違うのですか？」

星の進化で残る天体については、白色矮星が核融合を終えても光る理由でも解説しています。星団を眺めることは、さまざまな段階の星を一度に見ることにもつながります。

大量の星を限られた空間に集めるには、星の材料となるガスも集まる必要があります。その過程の一つとして研究されているのが、宇宙に漂うガス雲同士の衝突です。

国立天文台などの研究チームは、望遠鏡による観測と理論研究を通じ、ガス雲の衝突が大きな星団の形成に関わることを調べてきました。銀河が誕生して間もない時代の衝突が、球状星団の誕生につながった可能性も示されています。出典：国立天文台「ガス雲衝突から始まる星団誕生の理解が進む」

ただし、こうした研究を「球状星団のでき方はすべて一つに決着した」と読むのは早計です。どのような環境で星が生まれ、集団が長く残ったのかを、観測と計算の両方から調べる必要があります。

星が密集する球状星団は、ブラックホールの形成を探る場としても注目されています。国立天文台は2024年、星同士の合体・衝突と、中間質量ブラックホールの形成を扱うシミュレーション研究を紹介しました。出典：国立天文台・中間質量ブラックホール形成過程の研究

これは、すべての球状星団の中心に同じブラックホールが見つかったという意味ではありません。写真の中央が明るいからブラックホールがある、という判断もできません。中心部の星の動きや密集した天体の性質を、詳しく確かめる必要があります。

球状星団は、多数の恒星が重力によってまとまった天体です。散開星団との違いは、丸いかどうかだけでなく、密集度や星の年齢、銀河内の分布にも表れます。

星の集まりとガスの雲の違いは、惑星状星雲の正体とでき方と比べても分かりやすくなります。同じように淡く見える天体でも、何が光っているかを知ると、宇宙の写真の楽しみ方が広がります。