本記事は Caltechとの協力により掲載されています。
暗黒物質が「暗黒」と呼ばれるのには正当な理由があります。通常の物質の粒子の10倍を超える数で存在するにもかかわらず、暗黒物質の粒子はとらえどころがありません。その存在は銀河における重力的影響から推定されてきましたが、暗黒物質からの信号を直接観測した者はこれまで一人もいません。さて、近傍の矮小銀河Triangulum IIの質量を測定することで、天文学助教授の Evan Kirby は、既知のどの銀河よりも暗黒物質の集積が最も高い銀河を見つけた可能性があります。
Triangulum IIは、約1,000個の星だけで構成された、天の川銀河の縁にある小さく暗い銀河です。Kirbyは、銀河の中心の周りを猛スピードで回る6個の星の速度を調べることで、Triangulum IIの質量を測定しました。「この銀河は観測が難しい」と彼は述べています。「Keck望遠鏡で見えるほど明るい星は、その中の6個だけでした。」これらの星の速度を測定することで、Kirbyは星に働く重力を推定し、銀河の質量を求めることができました。
「測定された総質量は、恒星の総数による質量よりもはるかに大きく、そこには密集した暗黒物質が大量に存在して総質量に寄与していることを示唆しています」とKirbyは言います。「暗黒物質と発光物質の比率は、私たちが知る中で最も高い銀河のものです。測定を終えたとき、私はただ『すごい』と思いました。」
そのため、Triangulum IIは暗黒物質の直接検出を目指す取り組みの有力候補となり得ます。超対称性WIMP（弱く相互作用する大質量粒子）と呼ばれる特定の暗黒物質粒子は、衝突時に互いに消滅し、地球から検出可能なガンマ線を生成します。
現在の理論では、暗黒物質は宇宙のほぼあらゆる場所でガンマ線を生成していると予測されていますが、パルサーから放出されるガンマ線など他の銀河由来のノイズの中から、これらの特定の信号を検出することは困難です。一方、Triangulum IIは非常に静かな銀河です。星を形成するために必要なガスやその他の物質を欠いているため、新たな星を形成しておらず、天文学者はこれを「死んだ」銀河と呼んでいます。衝突する暗黒物質粒子から生じるガンマ線信号は、理論上は明確に観測できるはずです。
ただし、Kirbyが測定したものが実際に銀河の総質量であるかどうかは、まだ確定的に確認されていません。フランスのストラスブール大学の研究者らが率いる別のグループは、銀河の中心に近い星よりも、Triangulum IIのすぐ外側にある星のほうが実際に速く動いていることを発見しました。これは予想とは逆の結果です。この結果は、この小さな銀河が天の川銀河の重力によって引き裂かれつつある、すなわち「潮汐破壊」を受けている可能性を示唆しているかもしれません。
「次のステップは、その別のグループの発見を確認するための測定を行うことです」とKirbyは述べています。「もしそれらの外側の星が実際には内側の星より速く動いていないことが判明すれば、この銀河は「力学的平衡」と呼ばれる状態にある可能性があります。そうなれば、ガンマ線による暗黒物質検出にとって最も優れた候補となるでしょう。」
本研究について述べた論文は、 11月17日号の Astrophysical Journal Lettersに掲載されています。 Judith Cohen （PhD ’71）は、天文学のKate Van Nuys Page教授であり、Caltechの共著者です。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：Lori Dajoseは、Caltechのために執筆しています。
画像：バーゼルで開催されたアートバーゼルの「Art Unlimited」展において、Troikaによる「Dark Matter」（2014）のインスタレーションを見る来場者。REUTERS/Denis Balibouse