【暗黒銀河発見】ガスはあるのに星がない…1400万光年先の「Cloud-9」が示す銀河誕生の裏側!

1,400万光年先の天体「Cloud-9」

ガスは集まるが星を作れず

引用：アメリカ航空宇宙局

宇宙の多くの天体は通常、ガス物質が重力で集まり、まず星を形成し、残りの周囲物質が惑星を形成する過程を経る。星はさらに重力によって束ねられ、銀河、銀河団、銀河群を形成する。

しかし最近、ハッブル宇宙望遠鏡を通じて星のない新種の天体が発見された。全体的な姿は銀河に似ているが、星がないことが確認された。

アメリカ宇宙望遠鏡科学研究所を中心とする研究チームは、1,400万光年先の渦巻銀河M94の近くで、暗黒物質に包まれた水素ガス雲のみで構成された天体を発見したと国際学術誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に発表した。研究チームは銀河周辺で9番目に発見された星雲という意味で、この天体を「Cloud-9」と名付けた。

宇宙に存在するすべての物質の約85%を占める暗黒物質は、宇宙の全体構造を形成する見えない物質だ。宇宙全体に均等に分布する暗黒物質は、特定の質量以上の物質を重力で引き寄せ、星と銀河の形成を促進する役割を果たす。このように銀河を取り囲む巨大な塊の構造を暗黒物質ハロー（後光の意）と呼ぶ。

科学者たちは、質量がやや小さい暗黒物質ハローは星を作らずにガスを集められると考えている。このガス天体は星光を放出しないため、電波でのみ探知できる。

引用：アメリカ航空宇宙局

巨大な暗黒物質ハローが支えの役割

Cloud-9は天文学者たちがレリック（RELHIC=Reionization-Limited HI Cloud、再イオン化時期に星を形成できなかった水素ガス雲の意）と呼ぶこの種の天体の初の事例だ。HIは中性水素を指す。水素が中性状態とは、紫外線放射でイオン化されず、密度が高く、重力で結合されていることを意味する。

イタリアのミラノにあるビコッカ大学のアレハンドロ・ベニテス＝リャンバイ教授は「これは失敗した銀河で、初期銀河形成過程の遺物だ」と述べ、「完成に至らなかった銀河の原始構成要素を発見したものだ」と語った。

Cloud-9は2023年、中国の天文学者たちが貴州省にある直径500mの世界最大の電波望遠鏡、500メートル球面電波望遠鏡（FAST）で初めて発見した。彼らはCloud-9が星のない天体である可能性を報告した。その後、ウェストバージニア州のグリーンバンク望遠鏡とニューメキシコ州のVLA（Very Large Array）を使った追跡観測もこれを裏付けた。

しかし、地上望遠鏡では識別不可能な暗い星々で構成された矮小銀河である可能性もあった。そこで研究チームは2025年にハッブル宇宙望遠鏡でCloud-9をさらに詳細に観測した。その結果、太陽質量の数千倍以上の星が確実に存在しないことを確認できた。また、Cloud-9の水素ガス雲は太陽質量の約100万倍で、太陽質量の約50億倍の暗黒物質が、この雲を取り囲むハローを形成していると推定された。天体の直径は約4,900光年だった。

引用：アメリカ航空宇宙局

Cloud-9の前に置かれた二つの道

論文共同著者の宇宙望遠鏡科学研究所のレイチェル・ビートン博士は「この雲を一つに束ねる膨大な量の見えない重力が確実に存在するだろう」と述べ、「観測した中性水素はそれだけの質量を持っていないため、重力的支えの役割を果たす暗黒物質ハローが雲を支える見えない骨組みのように作用しているはずだ」と語った。彼女は「現在Cloud-9はガスを保持するだけの質量はあるが、そのガスを星形成に導くには至らない微妙なバランス状態にある」と説明した。

研究チームによると、雲の質量が太陽質量の50億倍以上だったら、自身の重力で崩壊し星を形成し、特に変わりのない一般的な銀河になっていただろう。一方、質量がはるかに小さければ、ガスは散逸していたはずだ。

Cloud-9は今後質量が増加すれば星を持つ銀河に進化する可能性がある。しかし、どのような過程でその段階に至るかは不明だ。逆に、雲を構成する物質が散逸する可能性もある。研究チームはM94銀河にさらに近づくとこのようなことが起こる可能性があると述べた。

研究チームの次の課題は、宇宙のさまざまな時代にわたってこのようなタイプの天体がどれだけ多く生まれたかを明らかにすることだ。そのためには、観測性能がさらに優れた望遠鏡が必要となる。