2016年、イェール大学のピーター・ヴァン・ドックム率いる天文学者は、非常に薄暗いが、非常に広くて重い銀河の発見を主張する衝撃的な論文を発表した。彼らは、トンボ 44 と呼ばれる銀河の 99.99% が暗黒物質であると推定しました。
Dragonfly 44 のプロパティについては、未解決のままであるという激しい議論が続きました。一方、1,000 以上の同様に大きいがかすかな銀河が姿を現しました。
トンボ 44 とその同類は、超拡散銀河 (UDG) として知られています。それらは最大の通常の銀河と同じくらいの大きさになる可能性がありますが、UDG は非常に暗いため、天体望遠鏡による空の調査では、「これらの銀河を誤って除外することなく、ノイズを除外することが重要です」とポール ベネット氏は述べています。ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者。他の銀河に豊富にある明るい星形成ガスは、UDG では消滅したようで、古い星の骨格だけが残っています。
それらの存在は、それらを予測できなかった銀河進化論に騒動を引き起こしました。 「彼らはシミュレーションでは現れませんでした」とvan Dokkumは言いました。 「銀河をこれほど大きくてかすかにするには、何か特別なことをしなければなりません。」
Dragonfly 44 やその他の UDG がどのように生まれたかを説明する、まったく新しい理論が登場しました。そして、これらの巨大な光のしみは、暗黒物質の目に見えない手の新たな証拠を提供している可能性があります.
暗黒物質が多すぎる
重力がガスと星の塊を引き寄せると、それらの結合されたエネルギーと運動量により、マッシュアップが膨張して回転します。最終的に銀河が出現します。
1つだけ問題があります。銀河が回転するにつれて、それらはばらばらになるはずです。それらは、くっつくのに十分な質量、つまり重力を持っていないようです。暗黒物質の概念は、不足している重力を提供するために発明されました。この写真では、銀河は非発光粒子のより大きな集合体の中に位置しています。この暗黒物質の「ハロー」は、回転する銀河をまとめています。
銀河の回転速度、つまり暗黒物質の量を推定する 1 つの方法は、星の球状クラスターを数えることです。 「理論的な観点からは、その理由はわかりません」とベネット氏は述べていますが、これらの「球状星団」の数は、測定が難しいこれらの特性と密接に相関しています。 2016 年の論文で、van Dokkum は Dragonfly 44 内に 94 個の球状星団を数えました。これは、銀河に目に見える物質がどれほど少ないにもかかわらず、非常に大きな暗黒物質のハローがあることを示唆しています。
誰もそのようなものを見たことがありませんでした。 Van Dokkum と共著者は、Dragonfly 44 が「失敗した天の川」である可能性があることを示唆しました:天の川サイズの暗黒物質のハローを持つ銀河は、早い段階で星形成ガスを奪い、老化した星と巨大なハローだけです.
または暗黒物質なし
この物体は、暗黒物質はまったく存在しないと主張する別の天文学者陣営の関心を集めました。これらの研究者は、修正ニュートン力学 (MOND) と呼ばれるアプローチである、代わりにニュートンの重力の法則を微調整することで、銀河の失われた重力を説明しています。
MOND によると、各銀河の修正重力は、その星の質量と光の比 (総質量を光度で割った値) から計算されます。 MOND の理論家は、力がこの比率に依存する理由について推測していませんが、彼らのアドホックな公式は、暗黒物質を呼び出す必要なく、観測されたほとんどの銀河の速度と一致しています。
ドラゴンフライ 44 に関するニュースが報じられたとき、MOND の提唱者でケース ウェスタン リザーブ大学の天文学者であるステイシー マクゴーは、その質量と光の比から、ファン ドックムの最初の推定値よりもゆっくりと回転するはずであると計算しました。 MOND 計算はデータに適合していないようです。
しかしその後 2019 年に、van Dokkum のグループは改善されたデータを使用して Dragonfly 44 の回転速度を下げました。 MONDは立証されました。 「Dragonfly 44 は、これらのデータがどのように進化して MOND と一致するかを示す例です」と McGaugh 氏は述べています。
それでも、暗黒物質を信じている大多数の天文学者にとって、回転速度が遅いということは、Dragonfly 44 のハローが彼らが思っていたよりも小さいことを暗示しているにすぎません。 2020 年には、独立したグループが球状星団の数を劇的に減らすことでハローをさらに縮小しましたが、van Dokkum はこの結果に異議を唱えています。ハローのサイズは不明のままですが、当初想定されていたよりも質量が小さい可能性があり、トンボ 44 が天の川の失敗ではないことを示唆しています。
ビッグ オールド ギャラクシー
新たに発見された奇妙な点が謎を複雑にしています.
8 月に発表された論文で、van Dokkum のグループは、トンボ 44 が非常に古く、100 億から 130 億年前に形成されたことを発見しました。
しかし、そのような古い銀河は、トンボ 44 ほど大きくないはずです。初期宇宙の物体は、宇宙が急速に膨張する前に形成されたため、よりコンパクトになる傾向があります。
さらに、そのような古くてボロボロの銀河は、今では完全に引き裂かれているはずです.トンボ 44 がまとまっていることは、結局のところ、巨大な暗黒物質のハローがあることを意味し、「失敗した天の川」仮説を復元する可能性があります。 「それは本当に楽しい説明なので、気に入っていますが、それが正しいかどうかはわかりません」と van Dokkum は言いました。
別の説明である「高スピン」仮説では、2 つの小さな銀河が同じ方向に回転している間に合体し、結果として生じた銀河であるトンボ 44 が両方の角運動量を獲得したと仮定しています。これにより、回転が速くなり、膨らみ、星を作る材料を吹き飛ばしました。
驚くほど多様な UDG
トンボ 44 の精査の中で、天文学者は他の超拡散銀河の広大で多様なコレクションもカタログ化しました。この調査結果は、彼らが知っていたよりも多くの方法で銀河が形成されるという結論を彼らに強いています.
新たに発見された UDG の中には、暗黒物質が完全に欠如しているように見えるものがあります。 Van Dokkum のグループは 2018 年にそのような銀河を 1 つ特定し、近くに他の銀河の軌跡を見つけました。この 5 月、チームは Nature で推測しました その痕跡は、2 つの銀河が大昔に衝突したときに形成されたものです。衝突によって銀河のガスの流れは遅くなりましたが、暗黒物質は何事もなかったかのように動き続けました。その後、ガスは圧縮されて星の塊になり、最終的に一連の暗黒物質のない銀河が形成されました。
一方、Bennet は 2018 年に別のフォーメーション理論を示す 2 つの UDG を発見しました。いずれの場合も、重い近くの銀河からの潮汐力がUDGを引き裂き、それを膨らませてガスを盗んだようです. (重い銀河から離れすぎているドラゴンフライ 44 をこれで説明することはできません。)
不可解なことに、9 月の論文は、UDG での最近の星形成を報告しており、古い星だけが存在するという考えと矛盾しています。
外見は同じに見えるが内部的に異なるUDGのこのような範囲は、MONDよりも暗黒物質理論を検証する可能性があります. 「星が一方の銀河で非常に速く動いていて、もう一方の銀河で非常にゆっくり動いている場合、それはこれらの代替理論にとって大きな問題です」と van Dokkum は言いました。
McGaugh 氏は、UDG 人口の中に「真の外れ値」がある場合、「それは実際に MOND にとって問題である」ことに同意しました。ただし、「それで自動的に暗黒物質がより適切な解釈になるわけではありません」と彼は付け加えました。
決定的な答えには、新しい望遠鏡が必要です。新たに運用されたジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、初期の宇宙で形成されたときの遠方の銀河をすでに発見しており、初期のアイデアをテストして改良するのに役立ちます.
「重要なポイントは、そこに何があるかまだわかっていないということです」とヴァン・ドックムは言いました。 「私たちがまだ発見していない、非常に大きく、非常に近くにあり、異常な特性を持つ銀河があり、それらは何十年にもわたって空を研究してきたにもかかわらず、現在のカタログには含まれていません。」
