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銀河団は今でも成長中、基本法則を発見

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銀河団の多くは成長が止まった落ち着いた状態にあると考えられてきたが、ハッブル宇宙望遠鏡の観測データなどを元にした研究で、銀河団は今も成長中であることが明らかにされ、成長の様子を表すシンプルな法則が発見された。

【2018年4月27日 大阪大学】

銀河団は1000万光年ほどの範囲の中に銀河が数百個から数千個集まった、宇宙最大の天体である。銀河団には太陽の1000兆倍もの質量が含まれているが、そのほとんどはダークマターのため、電磁波による観測では銀河団の大きさや質量を正確に測定することは難しい。

銀河団の大きさや質量を測定する方法の一つに、重力レンズ効果を用いるというものがある。銀河団の重力はレンズのような役割を果たし、銀河団の背後にある天体からの光を曲げるので、背後の天体の形が歪んで見える。この変形の度合いを精密に測定すれば、レンズとなっている銀河団の重力場がわかり、そこから大きさや質量を知ることができる。

ハッブル宇宙望遠鏡とすばる望遠鏡を用いた「CLASH」プロジェクトでは、20個の銀河団の重力レンズ効果から、それぞれの銀河団の精密な大きさと質量が求められた。

銀河団「MACS J1206」の中心部
ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した、おとめ座方向の銀河団「MACS J1206」の中心部。変形して見える背景の銀河も多数写っている（提供：NASA/ESA）

大阪大学大学院理学研究科の藤田裕さんたちの研究グループでは、このデータとX線天文衛星「チャンドラ」で得られた銀河団中の高温ガスの温度データを統計的に調べた。その結果、すべての銀河団のデータが「（温度）＝（重さの1.5乗）/（大きさの2乗）」という単純な法則に従っていることを発見した。

さらに、スーパーコンピューターによるシミュレーションや理論解析を行ったところ、この法則が成り立つ原因は、観測された銀河団が現在も周囲の物質を引き込んで成長しているためと考えられることが明らかになった。銀河団は常に成長期にあるということを強く示唆しており、大多数の銀河団の内部構造は成長が止まった壮年期特有の状態に対応すると考えられてきた従来の説とは大きく異なる結果である。

成長期の銀河団と壮年期の銀河団の比較イラスト
（左）成長期の銀河団。銀河やダークマターが次々落下し、内部の銀河の運動も活発で温度も上がりやすい。（右）壮年期の銀河団。銀河やダークマターの落下は少なく落ち着いた状態（提供：大阪大学プレスリリースより）

今回発見された法則を用いて観測を補うことで、多数の銀河団の性質が測定可能になり、銀河団や宇宙そのものの進化史を明らかにできると期待される。

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