天の川銀河を巡る矮小銀河のダンス

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天の川銀河の周りには矮小銀河が数多く存在する。その動きを調べた研究から、未発見の矮小銀河がさらに多数存在する可能性が示唆された。天の川銀河に含まれるダークマターの質量も推算されている。

【2018年11月19日 カナリア天体物理研究所

スペイン・カナリア天体物理研究所(IAC)のTobias K. Fritzさんたちの研究チームは、今年4月に公開されたヨーロッパ宇宙機関の位置天文衛星「ガイア」の第2期データ(DR2)を使って、天の川銀河の周囲に存在する矮小銀河のうち39個の運動の様子を調べた。

矮小銀河とは、その名の通り小さい銀河のことで、含まれている星の数が少ないため、明るさは天の川銀河の数万分の1から数百万分の1ほどしかない。今回研究対象となった矮小銀河のうち29個の動きが調べられるようになったのは、DR2がリリースされたおかげだ。

研究の結果、矮小銀河の多くが「Vast POlar Structure(VPOS)」と呼ばれる巨大な平面構造内を移動していることが明らかになった。VPOSの起源はよくわかっていないが、現在の宇宙論的銀河形成モデルに疑問を投げかける特徴を持っているとみられている。「質量が大きめの矮小銀河の多くがVPOSに存在していることは、これまでにわかっていました。今回の研究で、質量の小さな複数の矮小銀河もVPOSに属しているかもしれないことがわかりました」(Fritzさん)。

Fritsさんたちは、複数の矮小銀河が天の川銀河の内側へ近づく軌道を持つことも発見した。「天の川銀河の潮汐力によって、いくつかの矮小銀河は引き伸ばされているでしょう。『ヘルクレス座矮小銀河』『コップ座II矮小銀河』などの特徴は、これで説明できる可能性があります」(Fritsさん)。

39個の矮小銀河の名称と移動の向き
39個の矮小銀河の名称と移動の向き。青い矢印は天の川銀河の中心へ接近する動き、赤い矢印は中心から離れる動きを示す。画像クリックで表示拡大(提供:Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC); A. Moitinho / AF Silva / M. Barros / C. Barata, Universidad de Lisboa, Portugal; H. Savietto, Fork Investigación, Portugal & T.Fritz)

一方で新たな謎も生じている。「『りゅうこつ座I矮小銀河』などの特徴も、天の川銀河の潮汐力の影響かもしれないと考えられてきました。しかし、今回の研究で明らかになった矮小銀河の軌道は、その仮説の確認にはつながらないようです。原因は、他の矮小銀河との接近遭遇にあると考えるべきかもしれません」(IAC Giuseppina Battagliaさん)。

また、矮小銀河の動きを調べたことにより、これらの銀河の大半が、軌道上で最も天の川銀河の中心に近づく点のあたりに存在していることも明らかになった。しかし、矮小銀河の軌道上での運動を考えると、天の川銀河の中心近くにある期間は短く、最も遠く離れたところ付近にある期間のほうがずっと長いはずだ。「つまり、天の川銀河の中心から遠く離れた領域に、未発見の矮小銀河がまだ数多く隠れているかもしれないということです」(Fritzさん)。

矮小銀河は、それ自体が興味深いだけでなく、ダークマターを調べるうえで役立つ手段の一つでもある。矮小銀河の動きに影響を及ぼす重力の大きさから天の川銀河内の物質の総量を計算し、そこから星やガスといった電磁波で検出可能な天体の質量を差し引くことで、ダークマターの量を見積もることができるのだ。この方法により、天の川銀河に含まれるダークマターの総質量は太陽の1兆6000億個分ほどと推算された。