ほぼ存在しない銀河
ペルセウス銀河団の広大な宇宙空間で、地球から約3億光年離れたところで、天文学者たちは既知の宇宙で最も珍しい天体の1つを特定しました。CDG-2と名付けられたこの銀河は非常に暗いため、事実上見えない状態です。そのため、「幽霊銀河」という表現豊かな別名が付けられました。CDG-2を特別にしているのは、それが含むものではなく、それが欠けているもの、つまり可視物質です。この銀河の総質量の約99%はダークマター、つまり重力と相互作用するが光を放出しない謎の物質で構成されています。
ハッブル宇宙望遠鏡を使用して行われた発見は、宇宙で最も捉えがたい天体を検出する天文学者の能力における大きな進歩を表しています。CDG-2は低表面輝度銀河に分類されており、このタイプの天体は非常に暗いため、表面全体で検出可能なわずかな量の光しか放出しません。多くのそのような銀河は宇宙全体に存在する可能性がありますが、単に私たちの機器と検出方法がそれらを見つけるのに十分な感度を備えていなかったため、隠れたままになっていました。
独創的な検出方法
ほぼ光を放出しない銀河を見つけるには、創意工夫が必要でした。研究チームは、ほとんどの銀河発見を特徴付ける拡散された星光の光を探すことでCDG-2を発見したわけではありません。代わりに、彼らは革新的なアプローチを採用しました：球状星団の密集したグループを探索することです。
Globular clustersは密集した球形の星のコレクションであり、通常、相対的にコンパクトな体積に数十万から数百万の星を含んでいます。これらの古い星の集団は宇宙で最も古い構造の1つであり、一般的に銀河の周りを公転しています。重要な洞察は、宿主銀河の暗さにもかかわらず、globular clustersはハッブルの鋭い光学によって個別に検出可能であるということでした。
研究人員が空間的に関連付けられていると思われる4つのglobular clustersの疑わしいグループを特定したとき、彼らはさらに調査し、非常に暗い基礎となる銀河を発見しました。これらの4つのglobular clustersは、CDG-2システム全体によって放出されるすべての可視光の驚くべき16%を占めており、銀河がどれほどわずかな普通の発光物質を含んでいるかを強調しています。
ダークマターの支配
すべての銀河が何らかのダークマターを含んでいますが、CDG-2における割合は極端です。Milky Wayのような典型的な銀河では、ダークマターは総質量の約85～90%を占めています。可視物質（星、ガス、塵、惑星を含む）は残りの10～15%を占めます。CDG-2では、可視物質は総質量の約1%を占めており、これまで観測されたダークマター支配の最も強いシステムの1つとなっています。
これは銀河の形成と進化についての根本的な質問を提起します。ごくわずかな普通物質でどのようにして銀河が形成されるのでしょうか？ダークマターのハローをそのままにしておきながら、ほぼすべてのガスと星を取り除く物理的プロセスは何でしょうか？
研究者たちはCDG-2の環境に答えがあると考えています。ペルセウス銀河団は、付近の宇宙で最も巨大で密度の高い銀河団の1つであり、数千の重力的に結合した銀河を含んでいます。このような混雑した環境では、銀河は互いに頻繁に相互作用し、それらの間のスペースを満たすホットなintracluster gasと相互作用します。
これらの相互作用は、いくつかのメカニズムを通じて銀河の成分を劇的に変える可能性があります：
- Ram pressure strippingは、銀河がホットなintracluster gasを移動するときに発生します。これは銀河のガス供給を吹き飛ばす強い風のように機能します。ガスがなければ、銀河は新しい星を形成することはできません
- 近くの大質量銀河からの重力tidal forcesは、物理的に小さい銀河から星とガスを引っ張り出し、intergalactic mediumに再分配することができます
- 他の銀河との繰り返される接近遭遇によるハラスメントは、数十億年にわたって銀河からの物質を徐々に加熱し、放出します
研究者たちは、星形成に必要な原料であるCDG-2の水素ガスの大部分が、混雑したペルセウス銀河団内の他の銀河との重力相互作用によっておそらく剥ぎ取られたと結論づけました。数十億年にわたって、銀河は本質的にその可視物質から空にされました。その一方で、ダークマターハロー（より広く広がり、重力的により堅牢）は、ほぼそのまま保持されました。
CDG-2が私たちに関するダークマターについて教えていること
CDG-2の存在は、ダークマター自体の性質に対して貴重な制約を提供します。異なる理論的なダークマターモデルは、銀河規模の構造におけるダークマターの異なる分布と密度を予測しています。ほぼ完全にダークマターで構成され、baryonic（普通）物質からの複雑さが最小限である物体は、これらのモデルのための異常にクリーンなテストケースを提供します。
ダークマターが標準cold dark matter modelが予測したとおりに動作する場合、CDG-2のような銀河は、質量分布、サイズ、周囲の物体への重力影響という点で特定の特性を示すべきです。これらの予測からの逸脱は、warm dark matterまたはself-interacting dark matter理論を含む、代替ダークマターモデルを指す可能性があります。
CDG-2はまた、いわゆる欠落衛星問題に関する継続的な議論に貢献しています。標準的な宇宙モデルは、大きな銀河団には、天文学者が観測したものよりもはるかに多くの小さなダークマター支配構造が含まれるべきであると予測しています。これらの予測された構造の多くが、CDG-2に類似した幽霊銀河であり、従来の方法では検出できないほど暗い場合、理論と観測の間の矛盾は以前に考えられていたより小さい可能性があります。
隠された銀河を見つけるための新しいアプローチ
CDG-2を見つけるために使用された検出技術は、この単一の発見をはるかに超えた意味を持っています。Globular clustersが超微弱銀河を識別するための信頼できるマーカーとして機能できることを実証することにより、研究チームは天文学コミュニティに新しい検索戦略を提供しました。
Globular clustersは十分に明るいため、宿主銀河が直接見るには暗すぎる場合でも、かなりの距離で検出できます。銀河団内のglobular cluster個体数の体系的な調査は、拡散された星光の検出に依存する調査によって見落とされ、見かけの中に隠れていた大量の幽霊銀河を潜在的に明らかにする可能性があります。
赤外線波長でより大きな感度を持つJames Webb Space Telescopeでの将来の観測は、この探索をさらに暗く遠い物体に拡張する可能性があります。ハッブルの鋭い光学画像処理とJWSTの赤外機能の組み合わせは、天文学者に宇宙の隠された構造をマップするための強力なツールキットを提供します。
宇宙論への影響
CDG-2の発見は、宇宙がその最大規模でどのように構成されているかについての複雑なパズルに別のピースを追加します。ダークマターは宇宙の総質量エネルギー含有量の約27%を占めていますが、宇宙で最も理解されていないコンポーネントの1つのままです。その特性と動作を制限する新しい観測はすべて、ダークマターが実際に何であるかを理解する方向に科学者を段階的に近づけます。
CDG-2のような幽霊銀河は、現在の調査が示唆するよりもはるかに一般的である可能性があります。それが事実である場合、宇宙の銀河構造のかなりの割合は本質的に見えない、その重力効果とそれらのダークマターハローにしがみつくglobular clustersの時折の存在を通じてのみ検出可能であることを意味するでしょう。宇宙は目に見える国勢調査が示唆するより銀河がはるかに多い可能性があり、その銀河含有量の大部分は暗闇に包まれています。
この記事はScience Dailyの報告に基づいています。元の記事を読む。
