ダークマターを“欠く”3例目の銀河、ケック望遠鏡が発見

宇宙にある銀河のほとんどは、目に見えない「ダークマター（暗黒物質）」にがっちり包まれている——というのが、これまでの常識でした。ところが、その常識に当てはまらない銀河が、また一つ見つかりました。ハワイ・マウナケア山頂のケック望遠鏡による観測で、ダークマターをほとんど持たないように見える3例目の銀河「DF9」が確認されたのです。しかもこのDF9、ぽつんと単独であるわけではなく、同じようにダークマターを欠く2つの銀河と一直線に並んでいました。

ダークマターの役割

ダークマターは、光を出さず直接は見えないのに、重さ（重力）だけははっきり効いている、正体不明の質量のことです。1970年代に天文学者ヴェラ・ルービンが、銀河の回転のしかたから「見えている星やガスだけでは説明がつかない重さがある」ことを示し、その存在が広く受け入れられるようになりました。いまでは、宇宙全体の質量のおよそ85%がこのダークマターだと見積もられています。

役割をひとことで言うと、銀河をつなぎとめる“骨組み”です。星やガスは、この見えない重さが作る大きな塊（ハロー）の中に抱え込まれる形で銀河になった、と考えられてきました。だから普通は、小さな銀河ほど中身の大半をダークマターが占めています。今回のDF9は、その骨組みがすっぽり抜け落ちているように見える、というのが驚きどころです。

淡く広がった銀河DF9

DF9は、地球から約4,500万光年離れた「NGC 1052」という銀河の周辺にある、とても淡くて広がった矮小（わいしょう）銀河です。研究チームがこの銀河の重さを見積もったところ、太陽およそ1億個ぶん。これは、DF9の中で光っている星やガスだけの重さと、ほぼぴったり一致しました。

もしDF9が普通の銀河のようにダークマターのハローをまとっていたら、全体の重さは今の約100倍——見えている中身だけでは到底説明できない重さになるはずです。ところが実際には、余分な重さがまったく見当たらない。星の中身だけで説明がついてしまう。つまり、この銀河にはダークマターがほとんど無い、ということになります。

ケック望遠鏡による測定

「重さが無い」ことを直接測るのは難しいので、チームは星の動きの速さから重さを逆算しました。銀河の中の星は、まわりの重力が強いほど速く動きます。逆に、動きがゆっくりなら、それだけ重力＝重さも小さい、というわけです。

使われたのは、ケック望遠鏡に備わる「ケック宇宙ウェブ撮像装置（KCWI）」。淡くかすかな光を精密に分析するための装置です。DF9はとても暗くて広がっているため、十分な光を集めるのに10時間を超える露光が必要でした。集めた光を波長ごとに分けて調べた結果、星の動きの速さ（速度分散）はわずか秒速6.5キロほど。ダークマターがたっぷりある銀河なら、もっと速く動いていていいはずの数字です。ここが、今回の発見のいちばんの核心でした。

一直線に並ぶ銀河の意味

DF9のとなりには、以前からダークマターを欠くことで知られていた「DF2」と「DF4」という2つの銀河があります。この3つは、いくつもの淡い銀河が一直線に連なる細長い構造の一部で、まるでビーズを糸に通したように並んでいます。ダークマターの無い銀河が一列に並ぶ、という光景は、これまで見つかったことがありませんでした。

なぜこんな並び方になるのか。チームが有力視しているのは、大昔に起きた銀河同士の高速の衝突です。ぶつかった勢いで、星のもとになるガスだけがダークマターのハローから引きはがされ、そのガスから新しい銀河がいくつも生まれた——という筋書きです（「弾丸矮小銀河（bullet dwarf）」と呼ばれる考え方）。もしそうなら、一直線に並んだ銀河たちは、同じ一回の衝突から生まれたきょうだいということになります。

この見方には、もう一つ大事な意味があります。「ダークマターなんて本当は存在せず、遠くの銀河では重力の法則が少し違うだけでは？」という対立仮説（修正重力理論）に対して、今回の結果は分が悪い、ということです。重力の法則そのものが違うなら、ある銀河にだけダークマターが無い、という状況は起きにくい。ダークマターが“物として”あって、条件によっては引きはがされることもある——そう考えたほうが、DF9のような銀河をうまく説明できる、というわけです。

解釈上の留意点

とはいえ、DF9はとても暗くて測りにくい相手です。星の動きは慎重な補正のうえで導かれた値で、今後さらに観測を重ねて確かめていく段階にあります。また「衝突で生まれた」という筋書きを裏づけるには、そのとき置き去りにされたはずのガスを見つけたいところ。チームは他の望遠鏡や、新設の「Mothra（モスラ）」望遠鏡などを使って、追加の観測を進めています。研究自体は査読を経て学術誌に掲載されたものですが、銀河のでき方の描き方を書き換えるほどの話になるかどうかは、これからの検証しだいです。