宇宙への旅人

遠方での暗黒銀河の候補を6個発見


暗黒銀河候補のスペクトルと画像
（左）暗黒銀河の有力候補のスペクトル、（中央）ガスからの輝線による画像、（右）星からの放射による画像。赤い丸が暗黒銀河候補の位置。ガスの輝線では光っているが星の光は放射していないことがわかる（提供：R. A. Marino / MUSE）

クエーサーからの放射を利用した観測によって、遠方の宇宙で少なくとも6個の暗黒銀河の有力候補が見つかりました。

宇宙の中で銀河が生まれる過程については、ここ半世紀以上の間に理解がかなり進んできました。しかし、「銀河間物質」と呼ばれる希薄なガスから恒星の集団が生まれる正確なプロセスがどのようなものであるかはいまだ解明されておらず、大きな問題として残されています。最近の理論モデルから示唆される一つの説として、大量のガスは存在しているが星はまだほとんど生み出されない、という時期が銀河形成の初めのころに存在する、という考え方があります。

しかし、そのような「暗黒期」の銀河（暗黒銀河）は可視光線をあまり放射することがないため、今のところその存在を直接証明することはできていないのです。もし観測で暗黒銀河が見つかれば、銀河の進化を考える上での重要な空白を埋めるものとなります。

このような中、スイス連邦工科大学チューリッヒ校のRaffaella Anna MarinoさんとSebastiano Cantalupoさんたちの研究チームは、これまでにない効率のよい手法で暗黒銀河の候補探しを行いました。

観測のターゲットである暗黒銀河の暗さという問題を克服するため、研究チームは暗黒銀河を探す「懐中電灯」としてクエーサーを利用しました。クエーサーが放射する強い紫外線は水素原子を発光させ、そのスペクトルに「ライマンα線」という輝線が現れます。そのため、クエーサーの近くに暗黒銀河があると、暗黒銀河に含まれる水素からライマンα輝線が多く出て、目に見えるようになるのです。

このような物質の「蛍光」とも言える輝線スペクトルはこれまでにも暗黒銀河探しに利用されてきましたが、これまでの観測は、特定のフィルターを必要とする比較的狭い波長域でしか行われていなかったのです。今回Marinoさんたちは、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡VLTに搭載されている分光器MUSEを使い、過去の観測に比べてより遠方のクエーサーの周辺を広い波長域で探索しました。

全波長域で天体のスペクトルを取得することにより、観測した天体が暗黒銀河候補かどうかを効率的に判別できます。複数のクエーサーの周辺を10時間ずつかけて観測した結果、ライマンα線を放射する天体として当初見つけた約200個のうち、6個は通常の星形成が起こっている恒星集団ではないという結論になりました。この6個は約120億年前よりも過去の初期宇宙（遠方宇宙）に存在しており、暗黒銀河の有力な候補となります。

2018年5月29日
AstroArtsより

かみのけ座銀河団中に854個の「超暗黒銀河」を発見


かみのけ座銀河団の中心付近（6分角×6分角の領域）。すばる望遠鏡によるB, R, iバンド画像を合成した擬似カラー画像。黄色の丸：昨年末に見つかった47個の超暗黒銀河のうちの2つ／緑色の丸：すばる望遠鏡アーカイブデータから発見された超暗黒銀河（提供：国立天文台） .

すばる望遠鏡アーカイブデータの解析から、かみのけ座銀河団の中に854個もの「超暗黒銀河」が発見され、銀河団内での分布や銀河の中にある星の種族が明らかになりました。

国立天文台ハワイ観測所では1999年の観測開始以降、すばる望遠鏡で得られたすべての観測データを保管し、観測後1年半以上経ったデータはすべて全世界に公開しています。ニューヨーク州立大学および国立天文台の研究者からなる研究チームは、そのアーカイブデータ中から、かみのけ座銀河団中に854個もの「超暗黒銀河」を発見しました。

超暗黒銀河は、星の光だけ見ると天の川銀河の1000分の1しかないにもかかわらず、大きさは天の川銀河と同程度にまで広がっているという、非常に淡い銀河です。光で見える物質の質量はわずか1%以下で、宇宙の平均と比較しても極端に低いのです。銀河形成後に何らかの形で星の材料となるガスが失われ、星を作るのをやめてしまった結果だと考えられています。超暗黒銀河が銀河団に特に多く存在することから、ガスが失われた原因は銀河団という環境に特有のものであると研究チームは指摘しています。

銀河内部の星の分布や色を測定した結果、超暗黒銀河は古い天体であることが判明しました。さらに、銀河団中での分布は他の銀河と同じように中心集中していることから、超暗黒銀河が銀河団内に古くから存在していたらしいこともわかりました。


（左）すばる望遠鏡の観測領域（背景はDSS）。水色の領域が1枚目画像の範囲。（右）青と黒の丸：今回の研究で見つかった超暗黒銀河（青は特別に大きいサイズのもの）／赤い×印：昨年初めて発見された47個の超暗黒銀河。（提供：国立天文台、ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校）

超暗黒銀河の大量発見は「お宝発掘」として世界中の研究者の注目を集めており、銀河形成の研究に重要な天体となると期待されています。研究チームの幸田仁さん (ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校) は「今後の分光観測によって星形成の歴史を研究し、超暗黒銀河の形成過程を探りたい」と語っています。

また、超暗黒銀河中で99%以上を占める暗黒物質の分布は、銀河内の星の運動を測定して探ることができるが、超暗黒銀河は淡く広がっているため、すばる望遠鏡をもってしても星の運動の観測は非常に難しいのです。日本など5か国の協力で建設が始まっている次世代超大型望遠鏡TMT（Thirty Meter Telescope、30m望遠鏡）に大きな期待がかかります。

2015年6月23日
Astro Artsより

初期宇宙の暗黒銀河を初めて検出

銀河形成に重要な役割を果たすと考えられている初期宇宙の暗黒銀河の存在が、初めて観測で確認されました。


クエーサーHE 0109-3518（赤い丸）と暗黒銀河（青い丸）です。（提供：ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo）

HE 0109-3518




12個の暗黒銀河です。星がほとんどなく、普通は見ることができませんが、近くにあるクエーサーの光で照らされています。（提供：ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo）

暗黒銀河とは初期宇宙に存在した銀河の一種で、小さく、豊富なガスを含んでいるもののそれほど活発に星を作らなかったとされています。銀河形成の理論からその存在が予想された暗黒銀河は、現在見られるような星に満ちた明るい銀河のもとになったと考えられています。

しかし、暗黒銀河を見つけるのは非常に難しいのです。星をほぼ含んでいないため、光をほとんど出さないからです。長い間、暗黒銀河の存在を検証するための新技術の研究が続けられてきました。たとえば、ある天体の光のスペクトルにわずかな吸収が見られれば、その手前に暗黒銀河があるという証拠になります。今回の新しい研究で、初めて暗黒銀河を直接観るための道が開かれたのです。

「私たちが考えた暗黒銀河の探し方は簡単です。暗黒銀河を照らしてみるのです。近傍にある明るいクエーサーからの紫外線によって、暗黒銀河のガスは光ります。その光を探したのです。紫外線ランプがあるクラブなどの場所で白い服がより明るく見えるのと似た原理です」（スイス・チューリッヒ工科大学のSimon Lillyさん）。

研究チームは暗黒銀河の非常に微弱な蛍光を検出するために、広い視野と高い集光力を持つ超大型望遠鏡（VLT）を利用して長い露出をかけた観測を行いました。暗黒銀河内の水素ガスは強烈な放射光を浴びると紫外線を発します。その光をとらえるために、VLT搭載のFORS2装置を使って、明るいクエーサー「HE 0109-3518」の周囲を調べたのです。宇宙の膨張による効果で紫外線の波長は伸び、紫色の可視光になって地球に届きます。

研究チームは、クエーサーから数百万光年以内の場所に100個程度のガス天体を見つけました。そこからクエーサーによる蛍光ではなく銀河内部の星形成によると思われるものを取り除き、最終的に12個の天体に絞りこんだのです。今まで行われた暗黒銀河の検出の中でもっとも信頼度の高い方法です。

さらに、暗黒銀河の物理量も一部調べることができました。ガスの量は太陽約10億個分で、初期宇宙に見られるガスが豊富な小型の銀河としては平均的なものです。また、同時期の典型的な星形成銀河に比べると、星形成率が100分の1以下だといいます。

「VLTを使った我々の観測で、小さい島のような暗黒銀河の存在が証明されました。この研究から、まだ謎に包まれている銀河形成の初期過程と銀河がガスを獲得するメカニズムを理解するための大きな一歩を踏み出すことができたのです」（Sebastianoさん）。

2013年にVLTに搭載される予定の次世代面分光装置MUSEによって、さらに詳しい観測が行われることが期待されています。

•NASA：

2012年7月13日
Astro Artsより

暗黒物質からなる「暗黒銀河」

輝く星を持たずに暗黒物質（ダークマター）からなる銀河「暗黒銀河（Dark galaxy）」が存在しているかも知れません。

仮想上の天体ですが、ガスや塵も含むと考えられています。下記にその候補を紹介しますが、暗黒銀河の存在は今も確認されていません。


おたまじゃくし銀河（UGC 10214）
銀河（UGC 10214）は激しく歪んだ形をし、相互作用している相手に向かって物質が流れだしている様に見えますが、相手の銀河は見当たりません。

おたまじゃくし銀河「ＵＧＣ１０２１４」と呼ばれる銀河は、あたかも別の銀河と相互作用し、相手の銀河に向かって物質が流れだしている様に見えます。しかし、流れの先には何も見えない為に、そこには「暗黒銀河」があるのではないかと推測されています。

又、重力レンズ効果を受けたクエーサーＭＧ２０１６+１１２をＸ線観測する事により、その手前に可視光で見えなかった巨大な重力源の存在が発見されました。ＵＧＣ１０２１４の場合のような、暗黒銀河から成る銀河団なのかも知れません。あるいは、銀河団の質量の７０～８０％は目に見えない暗黒物質からできている事から、その存在が予言されてきた「暗黒物質だけからなる銀河団」なのかも知れません。

重力レンズ効果によっていくつかの暗黒銀河団候補がみつかっています。宇宙誕生後、初期の段階には暗黒銀河団が多数存在したかもしれないと推測されていて、重力レンズ効果はこのような暗黒銀河、暗黒銀河団を探査する方法としても注目されています。

The Tadpole Galaxy (UGC 10214)

UGC 10214 Tadpole Galaxy