死にかけの銀河では、暗黒物質の振る舞いが変化する

space 2019/01/18

Point
■銀河における暗黒物質の分布をシミュレートすると、中央に多く分布する「カスプ」と呼ばれる構造となる
■しかし、実際の銀河の観測から得られる分布では、コアの部分に暗黒物質はなく、矛盾している
■銀河が活発であるかどうかで、暗黒物質の分布が変化することが矮小銀河の研究からわかり、新星の形成によるエネルギーが暗黒物質を外へと追いやることが示唆される

専門家たちでさえ、暗黒物質についてはあまり良くわかっていません。しかし新たな研究で、暗黒物質が古い銀河と新しい銀河で異なる振る舞いをすることがわかりました。

暗黒物質は、宇宙に存在する目には見えない物質です。宇宙の全質量のうち多くを占めていますが、光を発しません。それでも、あらゆる物質に重力で作用しています。宇宙に存在するすべての物質は、目に見えない巨大で重たい暗黒物質の塊によって引き寄せられているのです。しかし、それが何であるのかは、研究者にもわかっていません。

1月3日付けで「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society」に掲載された新たな論文では、その正体を絞り込む助けとなる研究が発表されています。

シミュレーションとの矛盾…「コア・カスプ問題」

暗黒物質が存在するといわれているのは、多くが銀河のハローと呼ばれる部分、あるいは銀河内部の雲です。しかし、この説には問題があります。銀河のコアでの暗黒物質の振る舞いが、コンピュータシミュレーションで予測されるものと異なっているのです。

シミュレーションによるモデルで暗黒物質のハローの振る舞いを調べると、それはある種の構造を形成することがわかっています。その構造とは、濃い球状になった暗黒物質を筋になった物質雲が取り巻いているというものです。天文学者たちはこの暗黒物質の分布を「カスプ」と呼んでいます。

しかし実際には、多くの銀河では暗黒物質は外側の軌道をとり、「コア」の暗黒物質は多少なりとも空っぽです。この矛盾を天文学者たちは「コア・カスプ問題」と呼んでいます。

この矛盾を説明する人気のあるモデルが、SIDMモデルです。これは、暗黒物質が検出可能な物理法則の外側にあるというだけでなく、暗黒物質間で未知の力が働いているというものです。暗黒物質間の相互作用が、通常物質に及ぼす力と異なるなら、暗黒物質がコアではなく外側に向かおうとする性質に説明がつくとしています。しかし、この説明は少し複雑すぎる可能性があります。

「暗黒物質加熱」が鍵?

他の力が暗黒物質を銀河の中央から外へと押しやることも可能です。その力とは、暗黒物質加熱です。つまり、星の形成時の強烈なエネルギーと風が、暗黒物質を銀河の中央から外へ押しやるというものです。銀河の中央では星の形成が盛んであるので内から外へとエネルギーは向かうでしょう。しかし、この現象についても直接の証拠はほとんどありません。もしあったとしても、その様な加熱がコア・カプス問題を解決できるだけ強力であるのかは明確ではないのです。

しかし、新たな研究は、この暗黒物質加熱が正しい説明であることを示唆しています。

研究者たちは、16個の矮小銀河を2つのグループに分けて研究しました。一方の銀河は、星の形成を数十億年も前に終えているもので、もう一つのグループは今もなお星を形成し続けているか、最近まで星を作っていた銀河のグループです。

その結果、古くて活動が少なくなっている銀河ではカスプ構造をとる傾向があり、中央に多くの暗黒物質が集まっていました。一方で活発な銀河では、コアの暗黒物質が少なくなっていました。

暗黒物質は「星の形成で押しやられる」物質?

この新たな発見は、暗黒物質加熱が現実に存在し、暗黒物質の振る舞いに強く影響していることを示しています。活動が遠い昔に止まってしまった銀河では、外へと暗黒物質を押しやるエネルギーも少ないため、単純なシミュレーションモデルに一致するように振る舞います。活発な銀河ではより加熱されるため、暗黒物質の分布がモデルを逸脱するようになるのです。

この発見が正しいとすると、暗黒物質の正体をある程度絞り込めることになります。つまり、星の形成によって銀河の中心から押し出されるような物質です。また、暗黒物質を説明するために奇妙な性質をもたせる必要もなくなります。

しかしもちろん、確かなことはまだわかりません。今回の発見が、まだ議論の対象となっている暗黒物質シミュレーションに基づいていることは研究者たちも認めています。また、別にコアモデルとカスプモデルの中間を示す銀河がどこかで見つかるかもしれません。そうなると、今回の発見も少々複雑なことになります。

 

ですが、暗黒物質の探索において、新たな証拠が見つかったことに変わりありません。新たな発見が次々に出てくる暗黒物質ですが、その正体は未だに謎のまま。今回、星の形成のエネルギーで動かされるものであることがわかったのは大きな一歩でしょう。星の形成で放出され、暗黒物質に作用できるものは何でしょうか?今後の研究に期待です。

ついに暗黒物質の謎が解明!?失われた95%に迫る新しい理論が発表 「暗黒流体として生まれ続けている」

reference: Space.com / written by SENPAI

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