天の川とアンドロメダの衝突:将来の銀河合体を理解する

天文学者たちはほぼ一世紀にわたって、宇宙が膨張していることを知っていました。ほとんどの銀河は、空間そのものの流れに乗って外側に運ばれます。

しかし、私たちの宇宙の裏庭には、頑固な例外が1つ残っています。アンドロメダ銀河は天の川に向かって急いでいますが、近くにある他の多くの銀河は滑り落ちています。実際、2つの銀河は衝突すると考えられています。アンドロメダ銀河は約 45 億年後に天の川銀河と合体し、「ミルコメダ」と呼ばれることが多い新しい楕円銀河を形成します。

現在、一連の詳細なコンピューター シミュレーションにより、この奇妙な魅力に対する答えが、数千万光年にわたる暗黒物質の目に見えない構造にある可能性があることが示唆されています。私たちの宇宙近傍を球体で囲むのではなく、そのすぐ向こうにある質量の大部分が広大な平らなシートを形成しているように見えます。

この発見はNature Astronomy で報告されました。 は、銀河の運動に関する長年の謎を宇宙論の主要なモデルと調和させる方法を提供します。

不思議なほど静かな地区

天文学者は、1920 年代に初めて測定された銀河の着実な後退である「ハッブル流」を通じて宇宙の膨張を追跡しています。通常、距離と速度は同時に上昇します。

しかし、天の川銀河、アンドロメダ銀河、そして多数の小型銀河の本拠地であるローカルグループは、そのパターンにきちんと当てはまりません。アンドロメダは秒速約 110 キロメートルで接近していますが、少し遠い銀河の多くは外側に向かって漂っています。

科学者たちは、なぜローカルグループの重力が近隣住民を内側に引き寄せないのか説明するのに苦労している。以前の研究では、天の川銀河とアンドロメダ座の周りの暗黒物質のハローには、目に見える星よりもはるかに大きな質量が含まれており、2 つの銀河を将来の衝突に引き寄せるのに十分であることが示されています。

それでも、その引力は銀河群のすぐ外にある銀河に影響を与えるには弱すぎるようでした。

調査するために、研究者らは宇宙初期から今日に至るまでの、ありそうな地域の歴史を再構築した。彼らのシミュレーションは、宇宙マイクロ波背景放射のかすかなパターンから始まり、現在の天の川銀河、アンドロメダ銀河、および近隣の 31 個の銀河の質量、位置、速度を再現するまで進化しました。

結果は予想外でした。シミュレーションの結果、私たちの周囲の宇宙の周囲の物質は広大で平らな層を形成し、その上下に広大な空の領域が広がっていることが示されました。研究者らは、この平らな配置は、近くの銀河がどのように動いているかと、天の川銀河とアンドロメダがどれだけの質量を含んでいるかを同時に説明できる数少ない配置の 1 つであることを発見しました。

多くの隣接する銀河がこの平面内に位置するため、シート内の遠方の物質からの重力が局所銀河団の内向きの引力に対抗します。面の外には銀河はほとんどなく、宇宙のより空いた領域があるだけです。

必ずしも球形である必要はない

シミュレーションでは、この平坦化された形状により、大規模な重力の作用が変化することが示されています。球状分布では、特定の半径内の質量のみが動きに影響します。

シート内では、遠方の物質が外側に引っ張られるため、後退速度が加速し、ローカル グループの引力にもかかわらず、近くの銀河が遠ざかり続ける可能性があります。

この構造は、天文学者がすでに近くの宇宙で観察している特徴、つまり、密度の低い空隙に縁取られた銀河の「局所シート」を反映しています。新しい研究は、これらの目に見えるパターンを暗黒物質の隠れた分布に直接結び付けます。

「私たちは、最終的に局所グループにつながる可能性のある初期宇宙のあらゆる局所構成を調査しています。一方では現在の宇宙論的モデルと一致し、もう一方では局所環境の力学と一致するモデルが得られたことは素晴らしいことです。」と研究リーダーのエウォウド・ウェンペ氏は声明で述べた。

この結果は、ラムダ冷暗黒物質として知られる標準的な宇宙論的枠組みがそのまま残っていることを示唆しています。宇宙の局所構造を球形ではなく不均一にすることで、銀河の運動と質量推定の間の緊張が解決されます。

今後の観察により、決定的なテストが行われる可能性があります。シミュレーションでは、上下のまばらな領域からシートに向かって落下する強い物質の流れが予測されていますが、その影響を直接測定できる近くの銀河はほとんど存在しません。

もし天文学者たちが、この飛行機の上下にあるもっと遠い銀河が高速で内側に向かって走っていることを発見したら、私たちの宇宙の近隣は泡というよりも壁のような形をしているという考えがさらに強まるでしょう。