暗黒物質をほとんど含まない巨大銀河が見つかった

masapoco
投稿日 2023年7月24日 15:52
NGC 1277 viewed by Hubble

われわれの主な宇宙論モデルによれば、ダークマターは宇宙の質量のおよそ85%を占めている。この神秘的で目に見えない質量を研究しようとする努力が続けられているが、直接的な証拠は得られていない。しかし、天体物理学者は、ダークマター・ヘイロー、重力レンズ、大規模な宇宙構造に対する一般相対性理論の効果を観測することで、その影響を測定することができた。また、ESAのユークリッドやNASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡のような次世代ミッションの助けを借りれば、ダークマターが謎でなくなる日はそう遠くないかもしれない!

そして、このようなものが現れた。ダークマターをほとんど、あるいはまったく持っていないように見える巨大銀河である!カナリアス天文台(IAC)率いる天文学者チームがNGC1277を観測したときに気づいたのは、まさにこれだった。このレンズ状銀河は、2億4000万光年離れたペルセウス座にあり、天の川銀河の数倍の質量を持っている。これは、ダークマターの兆候を示さない巨大銀河が発見された初めての例であり、現在の宇宙論モデルに対する重大な挑戦である。

この研究は、ラグナ大学(ULL)の銀河系外の天文学者であり、IACのArcæology of Thick discs (ArcThick)コラボレーションのリーダーであるSébastien Comerónが主導した。彼は、国立天文・光学・電気研究所(INAOE)、国立科学技術会議、ウクライナ国立科学アカデミー、宇宙科学研究所(IPARCOS)、マックス・プランク天文学研究所(MPA)、および複数の大学の研究者とともに研究を行った。彼らの発見を記した論文は、最近『Astronomy & Astrophysics』誌に掲載された。

宇宙論の標準モデル、別名Λ-CDMモデル(CDM)モデルによると、ダークマターは宇宙の形成と進化において本質的な役割を果たしていた(そして今もそうである)。理論的には、この目に見えない質量はビッグバンの直後に存在し、ハローを形成して中性の水素ガスを引き寄せ、渦巻く円盤を形成した。このガスはどんどん密度の高い雲に引き込まれ、最初の星や銀河の形成の引き金となった。今日、DMはすべての大質量銀河の主要な構成要素であり、その回転曲線、それらが作るレンズ、周囲の星や銀河間物質(IGM)との相互作用によって明らかになっている。

しかし、研究チームがNGC1277の質量分布を測定したところ、星の分布だけが観測された。このことから、観測された半径内では、銀河質量の5%以上をDMが占めることはないと推測された。Comerón氏は最近のIACのプレスリリースで次のように説明している:

「この結果は、暗黒物質を含む現在受け入れられている宇宙論的モデルとは合わない。最初の銀河がどのように形成されたかを理解する上で遺物銀河が重要であることが、積分視野分光器を使ってNGC1277を観測することに決めた理由です。スペクトルから運動マップを作成し、半径2万光年までの銀河内の質量分布を調べることができました」。

論文の中で、研究チームはNGC1277を「遺物銀河」のプロトタイプであり、近隣の銀河と相互作用しない非常に珍しい銀河であると述べている。これらの銀河は、ビッグバン直後に形成された巨大銀河の残骸であると考えられている。しかし、CDMモデルは、DMはNGC1277のような質量の大きな銀河の少なくとも10%を占めるはずで、この特定のタイプでは最大70%を占めると予測している。IACとULLの共同研究者であるAnna Ferré-Mateu氏によれば、この食い違いには2つの可能性があるという:

「ひとつは、この銀河が位置する銀河団内の周囲の媒質との重力相互作用によって、暗黒物質が剥ぎ取られたことです。もうひとつは、原始銀河の断片が合体して銀河が形成されたときに、暗黒物質が系外に追い出され、遺物銀河が生まれたというものです」。

しかし、研究チームとしては、どちらの説明も十分納得できるものではない。近い将来、研究チームは、ラ・パルマ島のロケ・デ・ロス・ムチャチョス天文台にあるウィリアム・ハーシェル望遠鏡(WHT)のWHT Enhanced Area Velocity Explorer(WEAVE)装置で観測を行い、この謎をさらに調査する予定である。WEAVEの速度測定によってNGC1277にDMがないことが確認されれば、修正ニュートン力学(Mondified Newtonian Dynamics:MOND)のような代替理論に重大な疑問が投げかけられることになる。とTrujillo氏は言う:

「観測結果と我々の予想との間のこの食い違いは、謎であり、標準モデルに対する挑戦ですらある。特定の銀河の暗黒物質が失われることはあり得るが、修正された重力の法則は普遍的でなければならず、例外を持つことはあり得ない。”暗黒物質のない銀河は、この種の暗黒物質の代替物に対する反証となる。

これらの観測は、この銀河系の特に巨大な超巨大ブラックホール(SMBH)にも光を当てる可能性がある。SMBHはおよそ170億太陽質量で、いて座A*(天の川銀河の中心にあるSMBH)の4,250倍に相当する!一部の天文学者によると、ブラックホールは、宇宙初期にDMハローが崩壊してできたDMの源かもしれないという。また、FAST J0139+4328のようなダークマター銀河の謎もある。

ユークリッドやナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡のような次世代ミッションも、ビッグバン以降の宇宙の膨張を調べることによって、新鮮な洞察を与えてくれるだろう。これらの観測は、ダークマター(およびダークエネルギー)が宇宙規模の最も大きなスケールに及ぼす影響を測定することを目的としている。これらや他の研究の結果は、謎の目に見えない質量が存在すること、あるいは(一般相対性理論で記述されている)重力に関する我々の理解を見直す必要があることを明らかにすることで、現在進行中の論争に決着をつけることになるだろう。


論文

参考文献


この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



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