恒星と宇宙（知識）の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校地学恒星と宇宙（知識）

銀河の形態と、宇宙における銀河の分布について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　楕円銀河は、渦巻銀河に比べて星間物質（ガスや塵）が少なく、主に年齢の古い恒星からなる。
イ　渦巻銀河の円盤部の渦巻腕には星間物質が多く、現在も新しい恒星が誕生している。
ウ　遠方の銀河ほど大きな速さで遠ざかっており、その後退速度は銀河までの距離の 2 乗に比例する。
エ　銀河は宇宙に一様に分布しているのではなく、銀河団や超銀河団が膜状につながり、その間に銀河がほとんど存在しない空洞（ボイド）が広がっている。
オ　天の川銀河は、アンドロメダ銀河や大マゼラン雲などとともに、局部銀河群とよばれる銀河の集団をつくっている。

この問題で使うもの

銀河の分類（説明と入口の問題）
宇宙の膨張とハッブル・ルメートルの法則（説明と入口の問題）
銀河の集団と宇宙の大規模構造（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

ハッブルの法則、楕円銀河と渦巻銀河の特徴、銀河の集団と宇宙の大規模構造についての知識を使う。

ヒント 2

ハッブルの法則は、銀河の後退速度と距離の関係を表す法則で、宇宙膨張の証拠となる。後退速度と距離がどのような関係（比例など）にあるかを思い出そう。

ヒント 3

銀河の形態についてのア・イと、銀河の集団についてのエ・オは、教科書の記述と照らし合わせると矛盾がない。残りの選択肢の関係式の部分をよく確かめよう。

答えと解説

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ウ

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解説を読む

ウ（誤り）: 遠方の銀河ほど速く遠ざかっていることは正しいが、ハッブルの法則（ハッブル・ルメートルの法則）では、後退速度 $v$ は距離 $r$ に比例する（ $v = H_{0} r$ 、 $H_{0}$ はハッブル定数）。距離の 2 乗に比例するのではない。この関係は、宇宙が膨張していることを示す証拠である。

残りの選択肢はすべて正しい。
- ア（正しい）: 楕円銀河は星間物質が少ないため新しい恒星がほとんど生まれず、年齢の古い恒星が主体である。そのため全体として赤っぽく見える。
- イ（正しい）: 渦巻銀河の円盤部、特に渦巻腕には星間物質が多く、散開星団や若く明るい高温の恒星が多い。現在も恒星が誕生している。
- エ（正しい）: 多数の銀河の位置を調べると、銀河団・超銀河団が網目（泡の膜）のようにつながり、その間に銀河のほとんどない超空洞（ボイド）がある。この構造を宇宙の大規模構造という。
- オ（正しい）: 天の川銀河は、アンドロメダ銀河、大マゼラン雲・小マゼラン雲などとともに、数十個の銀河からなる局部銀河群に属する。

別解

ア: 楕円銀河は星間物質が少なく、新しい星の誕生がほとんどなく、年齢の古い恒星が主体である。正しい。

イ: 渦巻銀河の円盤部の渦巻腕には星間物質（ガス・塵）が多く、現在も星が生まれている。正しい。

ウ: ハッブル・ルメートルの法則では、銀河の後退速度 $v$ は距離 $d$ に比例する（ $v = H_{0} d$ ）。2 乗には比例しない。誤り。

エ: 銀河は銀河群・銀河団・超銀河団をつくり、それらが膜状・泡状につながる大規模構造をなし、その間にボイドがある。正しい。

オ: 天の川銀河はアンドロメダ銀河や大マゼラン雲などとともに局部銀河群をつくる。正しい。

誤っているのはウ。

この問題の確認

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難易度 3（共通テストレベル）

3 つの銀河 X, Y, Z を望遠鏡で観測し、その結果を次の表にまとめた。なお、「星間ガスからの電波」は、銀河に含まれる水素ガスが出す電波の強さを表す。

銀河	見かけの形	全体の色	星間ガスからの電波	O 型・B 型の高温の恒星や散光星雲
X	中心部に恒星が集まったふくらみがあり、その周りの円盤に渦を巻いた腕状の構造が見られる	中心部は黄色〜赤みがかり、腕の部分は青白い	強く検出される	腕の部分に多く見られる
Y	全体が楕円形で、円盤や腕状の構造はなく、明るさは中心から外側へなめらかに減少する	全体が赤みがかる	ほとんど検出されない	ほとんど見られない
Z	決まった形がなく、中心のふくらみも見られない	全体が青白い	強く検出される	多く見られる

この観測結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　X は不規則銀河に分類され、決まった中心のふくらみをもたない。
イ　Y は星間ガスを多く含むため、現在も恒星が活発に誕生している。
ウ　Y は楕円銀河に分類され、新しい恒星の誕生はほとんど起こっておらず、主に年齢の古い恒星からなる。
エ　X の腕の部分が青白く見えるのは、腕に年齢の古い低温の恒星が集中しているためである。
オ　Z は渦巻銀河に分類され、中心のふくらみ（バルジ）と円盤をもつ。