星と暗黒物質と高温ガスの関係性を解明する

・宇宙物理学者は、近くにある41の銀河団を研究し、高温のガス、暗黒物質、星の間のつながりを明らかにしました。

・星団全体の星とガスの合計は、暗黒物質の質量に比例します。

素粒子物理学の標準理論によれば、通常の物質は宇宙を構成する強いクラスター物質であるが、暗黒物質の正体は不明です。

しかし、この2つの構成要素は、宇宙の時間的・空間的なスケールにおいて、どのように関係しているのでしょうか？この疑問を解明すると、銀河の形成や暗黒物質の動きなど、新しい物理を理解するのに役立ちます。

天文学者は長年にわたり、宇宙最大の天体である銀河団を研究してきました。これらの銀河団には、高温のガス、暗黒物質、そして低温のガスや星などの「普通の物質」からなる大きな銀河が1,000個近くも存在しています。

このほど、バーミンガム大学とミシガン大学を中心とする宇宙物理学者のチームが、銀河団を構成する3つの主要な要素、高温ガス、暗黒物質、星の間のつながりを明らかにしました。研究チームは、LoCuSS (Local Cluster Substructure Survey の略) で得られたデータを使って、これらのつながりを測定しました。

ホットバリオンとコールドバリオンの反相関性

研究者たちは、宇宙や地上のさまざまな望遠鏡からデータを集め、12年間このプロジェクトに取り組んできました。彼らは高度な統計モデルとアルゴリズムを活用し、星団全体の星とガスの合計が暗黒物質の質量と比例すると推測しました。 これは、星が形成されるにつれて、高温のガスの量が[比例して]減少していくことを示しています。

宇宙では、特定の量の物質が崩壊して銀河団を形成しています。この銀河団は「閉じた容器」として見ることができます。銀河団が形成されると、高温のガスはガスとして残ったり、星を形成したりしますが、全体の量は一定です。

画像元: N.R.Fuller/アメリカ国立科学財団

今回、研究者らは近くにある41個の銀河団を解析し、高温ガスの質量と星の質量の間に反相関があることを突き止めました。この2つの測定値を合わせることで、全系統の最も正確な質量を知ることができます。

「この計算は、銀河団を使った精密な科学の基礎を築くものです」– Alexis Finoguenov、研究チームの一員

反相関の検出は、大きな銀河団が暗黒物質とバリオンの混在に近い状態にあることを示しています。この発見は、波長横断的なサンプル解析から得られる、より高度な銀河団宇宙論の裏付けとなるものです。

今回の発見は、宇宙全体の特徴を研究し、暗黒物質の性質をより深く理解し、長年の謎であった宇宙膨張を解明するのに役立つと考えられています。