NASAのハッブル望遠鏡が「暗黒銀河」の可能性を発見

天文学者たちは、非常に暗く、ほとんど目に見えない銀河を発見しました。この発見は、宇宙で最もとらえどころのない物質の1つを解明するのに役立つ可能性があります。

研究者らはハッブル宇宙望遠鏡を使って暗黒銀河2候補（CDG-2）を発見し、それは少なくとも99.9％が暗黒物質でできていると考えている。もし彼らの発見がさらなる観測によって裏付けられれば、CDG-2 はこれまでに発見された銀河の中で最も暗黒物質を多く含む銀河の 1 つとなるでしょう。

暗黒物質が宇宙を支配しています。それは通常の物質（すべての星、惑星、その他私たちが目にできるすべてのものは物質でできています）の5倍豊富ですが、目に見えず、直接観察されたことはありません。

しかし、暗黒物質は宇宙を結びつける接着剤であるため、通常の物質に対する重力の影響により、その存在は推測できます。

私たちの銀河を含むほとんどの銀河は暗黒物質によって支配されています。しかし、場合によっては、通常の物質に対する暗黒物質の比率が極端になり、銀河にまばらな星だけが残り、非常に暗く見えることもあります。天文学者はこれらの天体を「表面輝度の低い銀河」と呼び、1980 年代に最初の天体が発見されて以来、数千個の天体を観察してきました。

CDG-2 は地球から約 3 億光年離れており、暗黒物質が非常に豊富であるため、恒星がほとんどまたはまったく含まれていないと考えられている「暗黒銀河」と呼ばれる表面輝度の低い銀河の仮説上のサブセットに属している可能性がある。 「表面輝度の低い銀河は非常に暗いですが、そこからはまだ光が出ています」とトロント大学の統計学と天体物理学の博士研究員であり、天体物理学ジャーナルレターズに掲載されたこの発見に関する研究の筆頭著者であるデイイ・リー氏は述べた。 「しかし、暗黒銀河はその最端に位置しており、基本的に典型的な銀河に期待されるような微かな光や構造は存在しません。」

暗黒銀河には厳密な定義はないが、その存在は暗黒物質理論と宇宙論的シミュレーションによって予測されているとリー氏は説明した。 「星がいくつあるべきかという点で、正確にどこに線を引くのかは依然として曖昧です。天文学のすべてが私たちが望むほど明確であるわけではないからです」と彼は言う。 「技術的に正確に言えば、CDG-2 はほぼ暗い銀河です。しかし、CDG-2 の重要性は、これほど暗い銀河が存在するとは以前は考えられなかったのに対し、CDG-2 が私たちをその真の暗黒体制に大きく近づけることです。」

暗闇の中で光を求めて

CDG-2を観測するために研究者らは、ハッブル望遠鏡、欧州宇宙機関のユークリッド宇宙天文台、ハワイのすばる望遠鏡という3つの望遠鏡からのデータと、球状星団と呼ばれる天体を探すという新しいアプローチを利用した。 「これらは非常に古い星が非常に密集して球状に集まったもので、基本的には星形成の第一世代の名残です」とリー氏は語った。

たとえ周囲の銀河が明るくなくても、球状星団は明るく、これまでの観測により、球状星団と銀河内の暗黒物質の存在との関係が示されているとリー氏は付け加えた。 CDG-2 には星の数が非常に少ないように見えるため、星団が結合するために必要な質量を提供する何かが他にあるに違いありません。リーと彼の同僚は、質量の源は暗黒物質であると仮定しています。

研究者らは、ペルセウス座銀河団の中に 4 つの球状星団のセットを発見しました。ペルセウス座銀河団は、ガス雲に覆われた数千の銀河のグループであり、宇宙で最も重い天体の 1 つです。さらに観察を続けると、球状星団の周囲に光やハローが存在することが明らかになり、銀河の存在が示唆されました。

しかし、銀河にはどのようにして星がほとんどまたはまったくなく、ほとんどが暗黒物質になるのでしょうか?

天文学者らは、この銀河の存在初期に銀河団が形成された後、周囲のより大きな銀河が太陽のような個別の星を作るのに必要な水素ガスを銀河から奪い取ったと信じている、とリー氏は説明した。 「この銀河が星を形成し続けるために必要な物質はもはや存在しなかったため、基本的には暗黒物質のハローと 4 つの球状星団だけが残されました。」このプロセスでは、「ほぼ破綻したばかりの銀河」の骸骨や幽霊が残るだろうと同氏は付け加えた。

この形成メカニズムの結果、この銀河の明るさは私たちの銀河の0.005%しかない、とリー氏は述べた。 「星の光で言えば、それは太陽の約600万倍です。私たちの銀河の明るさは太陽の約200億倍です」と彼は指摘した。

球状星団の探索は「これらの潜在的に暗黒銀河を発見する全く新しい方法」になる可能性があるとリー氏は主張し、それらは豊富に存在するはずだと付け加えた。しかし、CDG-2の物理的性質を詳しく調べ、そこにどれだけの暗黒物質が含まれているかを確認するには、さらなる観測が必要であり、それはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用することで達成できるだろうとリー氏は述べた。

「暗いのがほんのり明るい」

カナダのオンタリオ州ウォータールーにある理論物理学ペリメーター研究所の研究者ニール・ダラル氏によると、暗黒銀河の可能性を研究することは、暗黒物質の挙動をほぼ原始のままの状態で観察できるため、重要だという。

「私たちの天の川銀河のような星がたくさんある大きな銀河では、星とガスが暗黒物質の分布に大きな影響を与える可能性があり、通常の物質の影響と暗黒物質の影響を切り離すことが困難になります」と彼は電子メールで書いた。しかし、これらの非常に暗い銀河では、星もガスも非常に少ないため、暗黒物質の挙動は通常の物質の影響をほとんど受けないに違いないと彼は結論づけた。 「したがって、我々は暗黒物質物理学をより正確に調査することができます。」

この銀河の最も興味深い点の一つは、球状星団を使った発見方法だ、とニューメキシコ州ソコロにある国立電波天文台の天文学者ロバート・ミンチン氏が電子メールで語った。 「一見すると、暗い銀河から光を探すのは奇妙に思えるが、プリンセス・ブライドの言葉を誤って引用すると、『ほとんど暗いのと、すべて暗いのとの間には大きな違いがある。ほとんど暗いのはわずかに明るい』」と彼は指摘した。ミンチンも作品には参加しなかった。

ミンチン氏によると、暗黒銀河およびほぼ暗黒銀河の候補のほとんどは電波望遠鏡や水素ガスの探索を使って特定されているが、その努力ではガスが除去されているCDG-2のような銀河は見逃されるだろうという。 「球状星団を探すことでその問題は回避でき、将来的には他の非常に暗い銀河もこの方法で発見される可能性が高いと思われます。」

CDG-2が暗黒銀河であることを真に確認するには、その暗黒物質の含有量を測定する必要があるが、ソルトレークシティのユタ大学の物理学と天文学の助教授であるヤオ・ユアン・マオ氏によると、その距離を考えると依然として信じられないほど困難な作業であるという。

「これは非常に興味深い発見です」と、同じく研究には参加していない毛沢東さんも電子メールで付け加えた。 「CDG-2のハッブル画像に見られるかすかな拡散光は、私たちが見ているのは4つの明るい球状星団がランダムに並んでいるのではなく、まとまった天体を見ているということを強く主張します。」

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