要約:
天文学者たちは、天の川銀河の周りの星の流れの隙間、曲がり、その他の異常な構造を通して暗黒物質の証拠を探すことを長い間望んできました。しかし、ワシントン大学の新しい研究は、これらの特徴を生み出すと考えられている暗黒物質の小さな塊がなくても、銀河自体の重力構造がほぼ同じ現象を引き起こす可能性があることを示しています。
ステラストリームは、銀河を周回する星の細長いリボンです。研究者らは、天の川銀河に似たサイズの4つの仮想銀河で約1万5000個の恒星流をシミュレーションし、「暗黒物質サブハロー」と呼ばれる小さな暗黒物質の塊を意図的に除外した。 50億年に相当するシミュレーション進化を経て、ほぼすべての星流は程度の差こそあれ不規則な構造を発達させ、最終的に完全に滑らかな状態を保ったのはわずか70個だけでした。
研究論文の筆頭著者であり、ワシントン大学の天文学博士研究員であるアーピット・アローラ氏は、シミュレーション結果は、母銀河自体が実際の星の流れによく見られるさまざまな異常を形成する可能性があることを示していると述べた。現在、研究者はまず銀河自体の影響を予測し、その後、実際に暗黒物質によって引き起こされている可能性のある部分をさらに分離することができます。
関連する研究は Astrophysical Journal に掲載されています。
これらの歪みは主に銀河の内部構造の不均一性に起因します。シミュレーションでは、星は銀河の円盤全体に均等に分布しているわけではなく、実際の銀河の複雑な構造と同様に、異なる密度の領域を形成しています。星の流れがより密度の高い領域を通過するとき、不均一な重力場により星が曲がったり、引き裂かれたり、散乱したりする可能性があります。
アローラは当初、銀河が何らかの異常を引き起こすだろうと予想していましたが、これほど多数の異常が発生するとは予想していませんでした。同氏は、ほぼすべての川には何らかの構造変化があり、川は本質的に細長く滑らかであるという従来の仮定が必ずしも当てはまらないことを意味していると述べた。
シミュレーションで現れた形態には、波紋、曲がり、よじれ、突起、枝、隙間、星の塊などが含まれます。いくつかの星の流れは、母銀河の複雑で絶えず変化する重力環境によって完全に引き裂かれることさえあります。銀河の中心に近い星の流れは、密度が高く構造的に複雑な領域をより頻繁に通過するため、より不規則な特徴を発達させる傾向があります。
この発見により、暗黒物質の研究に恒星の流れを使用することがさらに困難になります。暗黒物質は宇宙の質量の大部分を占め、銀河の形成に「骨格」を提供すると考えられています。しかし、光と相互作用せず、通常の物質と直接相互作用することはほとんどありません。科学者は現在、重力の影響を通じてのみその存在を推測できます。
ワシントン大学の天文学助教授で論文の共著者であるノーラ・シップ氏は、天の川銀河は暗黒物質を研究するのに最適な実験室の一つであり、星の流れはその最も鋭いツールの一つであると述べた。星の流れは、星のグループが銀河に入り、その重力によって捕らえられるときに形成されます。この星群が銀河の周りを周回すると、銀河の重力によって星群が細長いリボン状に引き伸ばされます。ほとんどの銀河には星の流れがありますが、天の川の周りの銀河が最も観察しやすいです。
天の川銀河の多くの星の流れには隙間やねじれがあります。過去に天文学者らは、これらの構造は暗黒物質サブハローの近くを通過する星流の重力擾乱によって形成されたのではないかと推測していた。この説明が真実であれば、星の流れの形状は、科学者が暗黒物質の組成と分布を理解するのに役立つと期待されます。
しかし、新しいシミュレーションは、これらの歪みが暗黒物質によるものであると考える前に、研究者はまずホスト銀河自体からの同様の影響を除外する必要があることを示しています。アローラ氏は、暗黒物質の塊をその後のシミュレーションに再び追加し、それらが銀河そのものの影響と区別できる独特のパターンを生成するかどうかをテストすることを計画している。
将来の観察は、科学者がこの区別を行うのに役立つかもしれません。国立科学財団とエネルギー省のベラ・C・ルービン天文台のシモニ測量望遠鏡は、天の川の星の流れをさらに発見すると期待されている。より豊富な量の観測データは、天文学者が星の流れのさまざまな構造を分類し、暗黒物質に関連する「指紋」をより確実に探すのに役立つ可能性があります。
ワシントン大学の天文学助教であるジェームズ・ダベンポート氏は、暗黒物質の構造を明らかにする単純かつ直接的な方法はないと指摘した。星の流れは複雑な系ですが、太陽系近くの暗黒物質を研究する最も価値のある方法の 1 つです。
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