遥か彼方の銀河におけるファントムの脅威: 暗黒物質の痕跡なし

天の川からわずか6,000万光年あまり離れた、はるか彼方の銀河で、科学者たちは真の驚きに遭遇した。 NGC1052-DF2 、または単にDF2として知られるものには、宇宙の 26% を占める、放射線を出さない神秘的な物質である暗黒物質の痕跡がほとんど含まれていないように見えます。今日、ジャーナル「ネイチャー」に掲載された彼らの発見は重要な謎である。これまで、このタイプのすべての銀河は暗黒物質を提示しており、それは銀河がどのように形成されたかを理解するのに役立つ。しかし、DF2 は特殊なケースであり、その発見は私たちが宇宙について知っていたことの多くに疑問を投げかけます。

米国、ドイツ、カナダの天文学者チームは、スローン デジタル スカイ サーベイプロジェクトのおかげで少し前に発見されていたこの銀河を、ドラゴンフライと呼ばれる望遠鏡を使用して研究し始めました。暗黒物質の明らかな欠如に加えて、研究者らは別の奇妙な点を発見しました。NGC1052-DF2 は天の川と同じくらいの大きさですが、私たちの銀河の200 個の星ごとに 1 個の星しかありません。

DF2 の異常な性質を特定した後、科学者たちはWM ケック天文台とハッブル望遠鏡を使用して銀河を詳細に調査しました。したがって、彼らは星団の速度が予想よりもはるかに遅いことを判断することができ、それによって銀河の質量を推測することができました。これにより、銀河に存在するガスや星の質量と本質的に等しいと考えられます。言い換えれば、暗黒物質に相当するのは 400 分の 1 だけであり、結果はごくわずかです。さらに、NGC1052-DF2 にもブラックホールや中心部の密集領域はありません。 「私はハッブルの写真を見て1時間過ごしました。それは驚くべきものです。透けて見える巨大な泡です。その背後にある銀河が見えます。これは文字通り透明な銀河です」とエール大学の天文学教授ピーター・ファン・ドックムは説明する。大学であり、この論文の最初の署名者。

暗黒物質の代替物質のテスト

その特徴、特に光度の低さにより、科学者はそれを超拡散銀河として分類しました。この種の銀河系は、その外観が暗いため、観察するのが非常に困難です。少数の星が広い面に広く広がっているため、空自体の背景からそれらを区別することが非常に困難です。これが、この作品の作者がプレスリリースで DF2 を「幽霊のよう」と表現している理由です。

実際、同じ研究チームは以前、地球から 3 億光年離れたかみのけ銀河団で他の超拡散銀河を発見していました。しかし、これらの古い知人は、彼らにとっても、残りの科学者にとっても謎のままでした。理由？いくつかの研究では、超拡散銀河は主に暗黒物質で構成されている可能性があると示唆されていますが、その起源は正確には不明です。したがって、今日発表された発見は、これらの銀河がこの神秘的な物質を大量に提示しているという事実に矛盾し、私たちが知っていたことの大部分に疑問を投げかけるものです。

彼らはこれまでに作られた宇宙最大の暗黒物質の地図を作成しました

「私たちは、すべての銀河は星、ガス、暗黒物質が混ざり合って構成されていると考えていましたが、常に暗黒物質が優勢でした。現在では、少なくとも一部の銀河には、星とガスが多く、暗黒物質がほとんど存在しない銀河が存在しているようです。これは非常に奇妙です」 」と、トロント大学の天文学・天体物理学の教授であり、 『Nature』誌に掲載された論文の著者の一人であるロベルト・アブラハム氏は説明します。 「これは、銀河がどのように機能すると考えられてきたかについての伝統的な理論に疑問を投げかけます。この結果はまた、銀河の形成には複数のモードが存在する可能性があることを示唆しています」と、この論文の最初の署名者であるイェール大学の天文学教授ピーター・ファン・ドックム氏は付け加えた。

その発見により、この興味深い銀河は、暗黒物質の代替物を擁護する仮説を検証するための優れた「実験室」にもなります。これらの理論は一般的にMONDという頭字語でグループ化されており、英語では「修正ニュートン力学」に相当します。一部の研究者は、暗黒物質は実際には存在せず、単に重力が銀河規模と宇宙規模で異なる働きをしているだけだと考えています。どちらの場合も、暗黒物質の存在とニュートンの法則が異なる働きをする可能性の両方で、それは宇宙の最も重要な秘密の 1 つを理解することに関係します。理論的には、銀河の中心から遠い星は、近い星よりもゆっくり回転するはずです。しかし、実際には、遠くの星は予想よりもはるかに速く移動することがわかっています。銀河の回転速度に関する異常は、何十年にもわたって天文学者を悩ませてきました。研究には参加していない宇宙学者のダン・フーパー氏がニューロストリームに語ったように、NGC1052-DF2 の発見はこの問題をより深く理解するのに役立つ可能性があります。

銀河がどのように形成されるかを理解するという挑戦

「この目に見えない神秘的な物質がこれらの系の中で最も支配的な部分であるため、暗黒物質のない銀河を発見することは予想外である」とピーター・ファン・ドックム氏は強調する。 「私たちは何十年もの間、銀河は暗黒物質の塊としてその一生を始めると考えていました。その後、すべてのことが起こります。ガスは暗黒物質のハローに落ちて星になり、それらはゆっくりと蓄積されて、天の川のような銀河に到達します。NGC1052-DF2これは、銀河がどのように形成されると考えるかについての標準的な考え方に疑問を投げかけます」とイェール大学の科学者は述べています。この作品の著者の一人、シャニー・ダニエリ氏の意見では、「 NGC1052-DF2は、それが属する銀河の異常なクラスの中でも稀なものである」という。ニューロストリームの相談を受けた他の専門家は、この研究には参加していないが、この発見は異例であることに同意している。

ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ(UCL)の天体物理学の教授であるリチャード・エリスは、この研究には参加していませんが、当初はそれが本当に銀河だとは思っていなかった、とニューロストリームに認めています。しかし、2 つの要因により、彼はそれが暗黒物質のない星団ではないと確信することになりました。一方で、「その質量は2億太陽質量であり、これはあらゆる種類の星団としては非常に大きい。」一方で、この記事は、私たちが「特異な銀河」に直面しているという事実を「説得力を持って」主張している。

「例えば、超微光の矮星銀河に見られるように、暗黒物質が多く存在するがガスや星がほとんど存在しない系が存在することは、長い間確立されてきました。また、球状星団で起こるような、暗黒物質が比較的少ない星が支配する星系もあります」と宇宙学者ダン・フーパーは言う。 Nature研究に参加していない科学者がHipertextualに説明しているように、ほとんどの大規模システムはこれらの両極端の間のどこかにあります。 「例えば、 天の川銀河では、暗黒物質の質量が星よりも約 20 倍大きいのです」と彼は付け加えた。

『Nature』誌に発表された結果は、ドゥーパー氏の意見では「非常に斬新」だという。 「この星系には質量の約半分までの暗黒物質が存在する可能性があります。しかし、これは、ほとんどの場合に発見されるものよりもはるかに少ないです」と、フェルミ国立研究所（フェルミラボ）の理論天体物理学グループの責任者は指摘します。 「この結果にどれだけ驚くべきかわかりません」と彼は認める。北アメリカの専門家は、これらの銀河は「まれであるはず」であるという点で著者らに同意しているが、「どのくらいの頻度で」存在するかについては判断できない。 「私たちは皆、ブラックスワンのような奇妙なシステムについて話していると弁護することができますが、それがユニコーンを観察するようなまったく予期せぬものであるかどうかはわかりません」と彼はこの媒体に説明しています。

著者らは、暗黒物質の欠如は「乱流で暴力的な」形成プロセスによる可能性があると推測している。もう1つの考えられる考えは、その内部で何らかの大惨事が起き、ガスと暗黒物質がすべて消滅しただろうというものだ。エリス氏は、銀河の起源の可能性についてのネイチャー誌の論文の署名者たちに同意していない。 「これらの拡散した低輝度系が、銀河の[従来の]形態の写真にどのように適合するのか、実際にはわかりません」と、ニューロストリームの相談を受けた英国の科学者は認めています。 「[このタイプの銀河は] より大きなグループで発生しているようです。そのため、それらは何らかの[未知の]動的プロセスによって放出または拡大された可能性があると考えられます」と、残りの銀河グループとの関連で彼は説明する。くじら座の楕円銀河NGC 1052自体など、その周囲に存在します。それはともかく、暗黒物質がまったく存在しない銀河であるNGC1052-DF2の発見は専門家を困惑させている。 「それはまったくの謎です」とリチャード・エリスは認めます。