100億年前の銀河へのダークマターの影響

Posted by moonrainbow on 26.2017 暗黒物質   0 comments   0 trackback
100億年前の銀河はダークマターの影響が小さかった

渦巻銀河の回転速度を比較したイラスト
渦巻銀河の回転速度を比較したイラスト。(左)近傍宇宙の銀河、(右)遠方宇宙の銀河。グラフの横軸は銀河中心からの距離、縦軸は回転速度。銀河中心から離れると、近傍銀河では回転速度がほぼ一定だが、遠方銀河は回転速度が小さくなる。クリックで拡大(提供:ヨーロッパ南天天文台)

銀河形成がピークを迎えていた約100億年前の宇宙においては、大質量の星形成銀河では普通の物質が支配的だったことが示唆されました。ダークマターの影響がかなり大きいと考えられている現在の宇宙の銀河とは異なる結果です。

近傍の宇宙に存在する渦巻銀河の回転速度を測定してみると、内側のほうと外縁部であまり違わないことがわかります。これは銀河内にダークマター(暗黒物質)が存在し、星やガスがない部分にも大量の質量があるからだと考えられています。もし銀河の質量が星やガスなど電磁波で観測できるものだけの場合、外縁部の回転速度は小さくなるはずです

独・マックスプランク地球外物理学研究所のReinhard Genzelさんたちの国際研究チームは、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡VLTで100億年前の遠方宇宙に存在する6つの巨大な星形成銀河の回転速度を調べました。この時代は宇宙の歴史の中で銀河形成がピークにあったころです

すると、遠方銀河の外縁部の回転は内側の領域よりもゆっくりであることが明らかになりました。つまり、この時代の渦巻銀河ではダークマターの存在量が少ないことが示唆されたのです

「初期宇宙の大質量銀河のほとんどは普通の物質の影響が支配的で、ダークマターの影響が近傍銀河におけるものよりはるかに弱いのです。また、近傍銀河に比べて初期宇宙の銀河はずっと荒れていたのでしょう」(Genzelさん)

ビッグバンから30億年から40億年後(現在から約100億年前)の時点ですでに、銀河中のガスは平らで回転する円盤に集まっていたのでしょう。一方で、円盤の周囲を取り囲むダークマターはもっと大きく広がっていて、円盤に集まっていくにはさらに数十億年を要したのかもしれないのです。こう考えると、銀河円盤の回転にダークマターの影響が見られるのは近傍の(現在の)宇宙だけということになります。この説明は、初期宇宙の銀河はガスが豊富で現在の銀河よりも小さいという観測事実とも整合性があります

この6つの銀河はより大規模な観測の一部ですが、他の銀河も含めた平均的な回転の様子を調べてみると、やはり遠方銀河では中心から遠ざかると回転速度が小さくなる傾向が見られました。詳細なモデルによれば、最遠方の銀河における力学(星の動きなど)は完全に普通の物質に支配されていてダークマターの影響がないことが示されています

2017年3月17日
Astro Artsより

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