“天の川銀河”は20%重かった
 国立天文台の本間希樹准教授や鹿児島大学、韓国天文宇宙科学研究院、独マックスプランク電波天文研究所などの研究チームは、地球や太陽系が含まれる「天の川銀河」の基本尺度を、巨大な電波望遠鏡を使った三角測量によって正確に決定した。その結果、天の川銀河の回転速度は従来値よりも10%速く、銀河全体の質量もこれまでの推定値よりも20%ほど大きいことが分かった。

 天の川銀河の精密測量は、岩手県奥州市と鹿児島県薩摩川内市、東京都小笠原村、沖縄県石垣市の4カ所に設置された直径20メートルの電波望遠鏡を結んだ巨大観測システム(VERA;VLBI Exploration of Radio Astrometry)で行った。これらの4つの電波望遠鏡で同時に観測することにより、直径約2,300キロメートルの日本列島サイズの望遠鏡と同じ性能を持つ。その位置測定精度は10マイクロ秒角(3億6,000万分の1度)と、月面上に置かれた1円玉を地球から見分けられるほどの世界最高の観測精度だという。

 研究チームは、天の川銀河にある52個の天体の動きを精密に調べ、解析した。その結果、天の川銀河の基本尺度である太陽系から銀河中心までの距離は2万6,100±1,600光年、銀河中心を回る太陽系の回転速度は秒速240±14キロメートルとの数値が得られ、その距離と速度から、太陽系は天の川銀河内を約2億年で1周していることが分かった。


VERA

 太陽系における銀河回転速度は1985年以来、秒速220キロメートルが国際天文連合による推奨値とされているが、今回の測量では、それよりも10%ほど早かった。太陽系と銀河中心までの距離は、推奨値とは誤差の範囲内で、ほぼ一致した。

 さらに、銀河の回転速度は銀河の重力と釣り合っていることから、銀河全体の質量を計算することができる。それによると、天の川銀河の質量はこれまでの推定値よりも約20%増加することが分かった。質量のほとんどは、天の川銀河に存在する正体不明の「暗黒物質(ダークマター)」によるもので、暗黒物質の量がこれまで考えられていた以上に大量であることを意味するという。(サイエンスポータル 2012年10月12日)


 天の川銀河はどんな銀河か?
 我々の住む天の川銀河はどんな大きさや重さ、形状を持つ銀河なのだろうか?天の川銀河は渦巻き銀河であることはわかっているが、その正確な大きさや形状、回転速度などはまだはっきりしていない。その最大の理由は我々が天の川銀河の中にいるために、天の川銀河を外から見渡すことができないからだ。天の川銀河に中にいる私たちがその全体像をつかむためには、天の川銀河の中にあるたくさんの星について個々の距離を正確に測定し、天の川銀河を上空から見渡した「天の川銀河の地図」を作ることが必要になる。

 天体の距離を仮定なしに測定するためには、地球が太陽の周りを周回することによって発生する三角視差(年周視差)を利用する。しかし、この年周視差はとても小さいので(太陽から最も近い星であるケンタウルス座αでさえ1秒角以下)、これまで年周視差が計測できた領域は太陽系から1000光年以内に留まっていた。これは、例えば太陽から天の川銀河の中心までの距離(後述するように約26100光年)に比べて、ずっと小さな領域になる。このために天の川銀河全域の測量は現代天文学に残されたフロンティアなになっている。

 我々が観測を続けているVERA(VLBI Exploration of Radio Astrometry)は、岩手県奥州市、鹿児島県薩摩川内市、東京都小笠原村、沖縄県石垣市の4ヶ所に設置された直径20mの電波望遠鏡からなる電波干渉計。VLBI(超長基線電波干渉計)の技術を用いて天体までの距離を精密に計測し、天の川銀河の3次元立体構造を明らかにするためのプロジェクトである。国立天文台水沢VLBI観測所が鹿児島大学などと協力しつつ運用している。VERAの建設は2002年に完了し、2007年から定常的に天体の距離計測を行っている。

 VERAはこれまでに100天体を超える天の川銀河内の電波天体(メーザー源)の観測を終了し、そのうち約30天体について正確な距離と運動が報告されている。今回はこのうちVERAで観測した星形成領域(若い生まれたての星)の観測結果(19天体)と、さらに、米国のVLBI装置であるVLBAとヨーロッパのVLBI装置のEVNで得られた測量結果を合わせて、合計52天体を用いて、その距離と運動から天の川銀河の基本尺度を決定した。今回の解析は、最新のVERAの計測結果を加えて、世界に先駆けて50個を超える天体を用いて天の川銀河の構造を解析したものになる。(国立天文台)


 太陽系の回転速度、ダークマターの質量
 今回の研究から、天の川銀河の基本尺度である銀河中心距離R0(太陽系から天の川銀河の中心までの距離)と、太陽系の場所での銀河回転速度Θ0を高い精度で決定することに成功した。その結果、銀河中心の距離はR0=8.0±0.5 kpc (約26100±1600光年)、太陽系における銀河回転速度はΘ0=240±14 km/s が得られた。

 今回得られた銀河回転速度は1985年以来の国際天文連合の推奨値である220 km/sよりも大きな値になっている。この結果は後で述べるように天の川銀河の回転速度と質量分布に修正をせまるものになる。一方、銀河中心距離は1985年以来国際天文連合で推奨されてきた8.5 kpc(約27700光年)と誤差の範囲内でほぼ一致している。しかし、今回の測定は三角測量をベースにした直接的な測定であり、より高精度であることが非常に重要だ。

 また、これらの基本尺度に加えて、天の川銀河の回転速度が銀河中心距離1万~5万光年の間でほぼ一定であることもわかった。一般に銀河の回転速度は、銀河の重力との釣り合いで決まります。そのため、銀河の回転を測ることは銀河の質量を測ることになる。今回の得られた最新の銀河回転速度(Θ0=240 km/s)を用いて太陽系よりも内側の天の川銀河の質量を求めると、これまでの値を用いた場合に比べて約20%も増加することになった。すなわち、この領域にあるダークマターの量がこれまで推定されていたよりも多くなることを意味している。

 現在ダークマターはミクロな素粒子であるとする説が主流。実際、地球に降り注ぐダークマター粒子を直接捉えようとするダークマター検出実験が素粒子実験物理学者たちによって進められている。今回の我々の結果は、地球に降り注ぐダークマター粒子の数と速さにも修正を迫るもので、素粒子物理学実験にもインパクトを与えるものである。

 今回の成果は、VERAが進めている天の川銀河スケールでの精密測量が天の川銀河の構造決定に強力であることを改めて示すものである。VERAの建設完了から10年目、VERAの初期成果から5年目の節目にあたる2012年に達成した記念碑的な成果でもある。今後はさらにVERAの観測を続けて、今後10年程度で天体数を数100個程度まで増やす計画。そして、より高い精度で天の川銀河の基本構造を決定できると期待している。

 VERAに加えてVLBAやEVNの観測、さらには2013年打ち上げ予定のGAIA衛星などの観測結果も合わせると、今後10年で天の川銀河の理解が飛躍的に進むだろう。(国立天文台)


参考HP 国立天文台:天の川銀河の精密測量が示すダークマターの存在量

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