暗黒物質ハロー：新たな発見？あるいは、人類が宇宙の進化を理解するのに役立つかもしれません!

「この困難な旅をたどって星に到達し」、謎の暗黒物質ハローに近づきましょう。

これらのクエーサー銀河を取り囲む謎の物質の測定は、宇宙がどのように進化したかを理解する上で重要な意味を持つ可能性があります。

暗黒物質ハローの図。

(画像クレジット: フェルミガンマ線宇宙望遠鏡のデータを基に、Christopher Dessert、Nicholas L. Rode、Benjamin R. Safdie、Zosia Rostomian (バークレー研究所) が作成したアーティストによるレンダリング)。

天文学者のチームが、古代の銀河の明るい中心で活動している超大質量ブラックホールを取り囲む暗黒物質ハローの「重量測定」を初めて行った。

これらのクエーサー銀河を取り囲む物質の神秘的な形態の測定は、宇宙がどのように進化したかを理解する上で重要な意味を持つ可能性があります。

これらのブラックホールの力で動く「ハート」（またはクエーサー）は、周囲の銀河にあるすべての星を合わせたよりも明るく輝くことが多い。これらの超高輝度の中心領域は、太陽の数十億倍の質量を持つ超大質量ブラックホールが貪欲に周囲の物質を飲み込み始めると「燃える」。

新たな研究によると、科学者たちは、これらの活動銀河の周囲の暗黒物質ハローが中心のブラックホールへの物質の輸送に役立ち、タイタンへの食料供給を助ける宇宙の宅配便サービスを提供していると考えている。新たな研究は、そのような育成メカニズムが何百もの古代のクエーサーの周囲に実際に存在し、そのプロセスが宇宙の歴史を通じて持続してきたことを示している。

「約130億年前の宇宙で活動的なブラックホールを取り囲んでいた典型的な暗黒物質ハローの質量を初めて測定した」と、チームリーダーで東京大学天文学部の教授、柏川信繁氏は声明で述べた。 「クエーサーの周りの暗黒物質ハローの質量は非常に安定しており、太陽の質量の約10兆倍であることが分かりました。クエーサーの周りの若い暗黒物質ハローの質量を測定しましたが、これらの測定値は古いクエーサーの測定値と驚くほど似ています。」

「これは、数十億年前と現在の両方でクエーサーを活性化できると思われる独特の暗黒物質ハロー質量が存在することを示唆しており、興味深い。」

銀河の中心にある超大質量ブラックホールは星の形成や銀河全体の成長に大きな影響を与える可能性があるため、柏伸之氏のチームによるこの予想外の発見は、初期宇宙で銀河がどのように成長し、宇宙がどのように進化したかを研究する科学者に大きな影響を与える可能性があります。

古代の銀河の暗黒物質含有量を計測

この画像は、古代の活動銀河の中心にあるクエーサーを取り囲む暗黒物質ハローの質量を示しています。

科学界は暗黒物質の性質に関する問題を解決することに熱心に取り組んでいます。暗黒物質は宇宙の全物質の約 85 パーセントを占めていますが、光と相互作用しないため、目に見えません。

天文学者は、暗黒物質の重力効果から、その存在を推測できるだけでなく、その効果が星、宇宙塵とガスの雲、銀河の惑星、それらの銀河を通過する光など、標準的な日常的な物質に与える影響も推測できます。最終的に、重力の影響の捉えどころのなさから、科学者たちはほとんどの銀河が何らかの暗黒物質のハローに囲まれているに違いないと考えるに至った。もし銀河が目に見える物質の重力だけしか持っていなかったら、銀河は高速で回転しながらまとまることができなかっただろう。

しかし、暗黒物質推定技術がこのように向上したとしても、近隣の銀河の周りのハローにあるこの目に見えない物質の質量を測定することは依然として困難です。より遠方の銀河の周囲の暗黒物質（つまり、初期の銀河の暗黒物質）を測定することは、これらの銀河から放射される光が非常に弱いため、より困難です。

しかし、柏はこれらの課題に怯むことはなかった。彼と彼のチームは、ブラックホールが初期宇宙でどのように成長したかをさらに理解したいと望んでいる。また、数百個の最大かつ最も強力な超大質量ブラックホールの明るさがクエーサーのエネルギー源となっているため、研究者らは古代の銀河の周囲にある暗黒物質ハローを初めて測定することができた。

これらの古代のクエーサーからの光は、望遠鏡で捉えられるまでに 130 億年かけて宇宙を旅しなければなりません。この壮大な宇宙の旅の間、この光はエネルギーを失い、波長が伸びて、可視光スペクトルの赤い端から赤外線の波長へと下がっていきます。天文学者はこのプロセスを「赤方偏移」と呼んでいます。

我々は暗黒物質や暗黒エネルギーを見たことがないのに、なぜそれらが存在すると考えるのでしょうか?

研究者たちは、最終的に暗黒物質を観測できることを期待して、地下深くを掘削している。

暗黒物質のない巨大な銀河は宇宙の謎です。

2016年、柏氏と彼のチームは、ハワイのマウナケア山頂にあるすばる望遠鏡を中心に、さまざまな機器を使用した一連の天文観測から赤外線データの収集を開始しました。

これにより、これらのクエーサーからの光が暗黒物質の重力によってどのように変化するかを見ることができました。暗黒物質は、質量を持つすべての物質と同様に、空間の構造を歪ませ、光の進路を曲げます。天文学者はこのプロセスを重力レンズ効果と呼んでいます。曲がりの度合いを測定し、それを銀河内のガス、塵、星などの一般的な物質の質量によって生成されるはずの曲がりの量と比較すると、隠れた暗黒物質の質量を明らかにすることができます。

「新世代のすばる望遠鏡はこれまでよりも遠くまで見ることができるが、より多くのことを知るために国際的な観測プロジェクトを拡大することもできる」と柏氏は付け加えた。ワシントンのヴェラ・ルビン天文台や、欧州連合が今年打ち上げたユークリッド衛星は、空のより広い領域を探査し、クエーサーの周囲にさらに多くの暗黒物質ハローを発見するだろう。

「銀河と超大質量ブラックホールの関係をより包括的に研究することができます。これにより、ブラックホールがどのように形成され成長するかを理解できるかもしれません。」

著者: ロバート・リー

FY: 秦 班良

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