天文学者は暗黒物質なしで形成された銀河を発見したかもしれない

天文学者たちは、目に見えないが重要な部分である暗黒物質が欠けている銀河を発見して驚いた。

暗黒物質は、宇宙の27パーセントを占め、光を発しない謎の理論上の物質で、通常の物質に重力を及ぼします。科学者が現在描いている銀河の誕生の仕組みでは、暗黒物質は、その引力によって銀河が形成される基盤を作るため、不可欠です。

「銀河の形成と進化に関する現在の理解では、銀河は非常に質量の大きい暗黒物質ハローの中心で形成される」と、フローニンゲン大学およびオランダ電波天文学研究所（ASTRON）の天文学者パベル・マンセラ・ピニャ氏は言う。同氏は、科学誌Monthly Notices of the Royal Astronomical Societyに掲載される予定の、AGC 114905と呼ばれる「超拡散」銀河を研究する最近のプロジェクトを率いた。マンセラ・ピニャ氏によると、これらの暗黒物質ハローは宇宙空間で集積し、銀河を引き寄せる役割を果たしているという。

だからこそ、マンセラ・ピニャ氏とそのチームが、暗黒物質なしで形成された可能性があると考えられる銀河を発見したとき、それは非常に驚きだった。

ここ数年、彼はいわゆる超拡散銀河を研究してきた。これらの銀河は天の川銀河とほぼ同じ大きさだが、星の数は天の川銀河の1000分の1ほどしかない。拡散銀河はより暗いため、天文学者は望遠鏡技術の最近の進歩まで、その多くが観測できなかったと彼は言う。しかし、典型的な銀河よりも質量がはるかに小さいこれらの銀河がどのように形成されるのか、専門家はまだわかっていない。

銀河の質量は、科学者が見ることができる恒星とガスの組み合わせですが、科学者には見えない暗黒物質も含まれています。天文学者は、銀河の中心の質量が大きいほど、銀河の回転速度が速くなることを知っています。しかし、観測された銀河のほとんどは、見かけの重さに対して回転速度が速すぎます。

ここで暗黒物質が登場します。暗黒物質は、望遠鏡による直接観測では見えないものの、銀河の重量を増加させます。このことを知っているので、天文学者は暗黒物質の影響で銀河が予想よりも速く回転するのを見ることに慣れています。

望遠鏡で銀河の星やガスの重さを測り、それを銀河の回転速度で測った総質量と比較すれば、その数値の差から銀河にどれだけの暗黒物質が存在しているのかがわかる。研究チームはAGC 114905でこの実験を行った。驚いたことに、この銀河の運動は通常の物質だけで説明できることがわかった。

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研究チームは、銀河内で最も一般的な暗黒物質の配置である「冷たい暗黒物質ハロー」がこの銀河でどのように振る舞うかをモデル化しようとしたとマンセラ・ピニャ氏は言う。しかし、暗黒物質ハローの典型的な形状をシミュレートしても、現実世界の観測と同じ結果は得られず、AGC 114905が暗黒物質なしで存在できるというさらなる証拠となった。

科学者たちは、暗黒物質がほとんどないか全くない可能性のある他の銀河をいくつか発見しているが、どれもこれほど説得力のあるデータを持っていないとマンセラ・ピニャ氏は言う。「この結果は、暗黒物質のない銀河が存在する可能性があることを示していると思います。」

科学者たちは、実は暗黒物質のない別のタイプの銀河の存在を知っている。それは2つの銀河の潮汐力相互作用から形成されるものだと、スペインのカナリア天体物理学研究所の天文学者で、暗黒物質がほとんどない銀河を研究してきたが、今回の研究には関わっていないイグナシオ・トルヒージョ氏は言う。近隣の銀河の潮汐力によって銀河から暗黒物質が剥ぎ取られる可能性があり、それが、一部の銀河が暗黒物質とともに形成されても、最終的に暗黒物質がなくなる理由を説明できる。

トルヒージョ氏によると、ダークマターを欠く銀河の有力候補としてこれまで挙げられてきたのは、ドラゴンフライ 2 とドラゴンフライ 4 の 2 つだ。トルヒージョ氏の意見では、これらの決定の 1 つは、銀河に関する誤った仮定に基づいていた。一方、もう 1 つの銀河は「近隣の銀河によって潮汐破壊されている」とトルヒージョ氏は言う。しかし、今回の新しい研究で取り上げられた銀河は、地球からの距離や自転速度の点でより特徴付けられており、孤立しているように見えるため、近隣の銀河がダークマターを盗んだ可能性は低いと思われる。

「この研究は非常に真剣で、非常によくできている」とトルヒージョ氏は語り、この銀河が暗黒物質を一度も存在したことがない可能性が非常に高いことに同意している。

しかし、この発見が科学者の暗黒物質や銀河形成に関する考え方を変えるかどうかについては、これで終わりではないと彼は言う。彼は、他の候補銀河についてすでに完了している徹底的な研究と同様に、この銀河をより詳細に分析できる後続のプロジェクトを待ち望んでいる。

しかし、既存の科学と矛盾しているように見える発見は良いことだとトルヒージョ氏は指摘する。それらは新しい実験や理論を前進させるので、「奇妙なものを見つけるのは本当に素晴らしいことだ」と彼は言う。