「天の川銀河」の外側の回転は遅いと判明 中心部の暗黒物質は少ない可能性
銀河の回転速度は重力の法則によって予測されるものとは異なることが知られており、「銀河の回転曲線問題」と呼ばれています。この問題は数多くの銀河で測定されていますが、観測上の困難さから、私たちが住んでいる「天の川銀河」での正確な測定はこれまで実現していませんでした。 今日の宇宙画像 マサチューセッツ工科大学のXiaowei Ou氏などの研究チームは、12万個以上もの恒星のデータを下敷きに、3万個以上の恒星の移動速度を推定し、天の川銀河の回転速度を推定しました。その結果、銀河外縁部の回転速度が予想以上に遅いことが判明しました。この結果が正しい場合、天の川銀河の中心部には予想よりも少ない量しか「暗黒物質（ダークマター）」が含まれていないことになります。
■宇宙論の主要な謎「銀河の回転曲線問題」とは
ある重力源を中心として天体が公転する場合、その速度は重力源の強さと距離によって決まることは、1619年にヨハネス・ケプラーによって「ケプラーの第3法則」として示されています。例えば太陽系の場合、水星は約47km/sで公転していますが、地球は約30km/s、海王星は約5km/sと、太陽から遠ざかるに従ってどんどん遅くなっています。 これは銀河に対しても当てはまるはずです。銀河は多数の天体が集合し、ある程度の大きさを持っているため、中心部の太陽のみが重力源と見なせる太陽系ほど単純に計算はできませんが、それでも銀河内の各位置での重力の強さは計算できるため、ケプラーの第3法則を基本とした計算が可能となります。この重力の強さは、銀河の明るさを元に、恒星の質量を推定することで得られます。 しかし、銀河の恒星の移動速度が観測できるようになった1930年代から1950年代になると、この予測と矛盾する結果が出てくるようになりました。ケプラーの第3法則で計算すると、恒星の移動速度は銀河の中心から離れれば離れるほど遅くなるはずです。しかし実際の観測では、中心付近と外縁部で移動速度がほぼ変化しないという結果が得られました。一部の銀河では、外側に向かうとむしろ移動速度が上昇するという例すら見つかりました。 理論で得られる回転速度のグラフと、実際の回転速度の測定結果のグラフが大幅に食い違うことから、これは「銀河の回転曲線問題」と呼ばれています。回転曲線問題は1970年代にはほぼ確定的な問題となり、現在でも宇宙論における主要な未解決問題の1つとなっています。この問題を解決するために提唱された説はいくつかありますが、最も広く信じられているのは「暗黒物質」の存在です。 回転曲線問題が生じるのは、銀河に含まれる重力源、つまり恒星の質量があまりにも少なすぎるためです。銀河の恒星は様々な波長の電磁波で観測されているため、おそらく見逃しはないはずです。ここで、電磁波では決して見えないものの質量を持つ物質が存在すると仮定すれば、理論と観測それぞれの矛盾は無くなります。この物質が暗黒物質と呼ばれるのは、電磁波では “暗い（ダーク）” ためです。 暗黒物質の存在は銀河の回転速度以外の観測方法でも証拠が見つかっているため、存在すること自体はほぼ間違いないのではないかとされています。一方で、暗黒物質が何でできているのかという正体を探る研究は、何十年も研究されているにも関わらずほとんど進展がありません。いずれにしても、回転速度を通じて銀河に含まれる暗黒物質の量や分布を推定することは、暗黒物質の正体を絞り込むことに繋がります。
