弾丸クラスター

弾丸クラスター
弾丸クラスター
	チャンドラX線観測所によるX線写真。露出時間は140時間。スケールはメガパーセクで表示。赤方偏移( z ) = 0.3、つまり光の波長は1.3倍に伸びている。
観測データ（エポック J2000）
星座	カリーナ
赤経	06時間58分37.9秒
偏角	−55° 57′ 0″
銀河の数	〜40
赤方偏移	0.296
距離	1.141 Gpc（37億光年）
ICM温度	17.4 ± 2.5 keV
X線輝度	1.4 ± 0.3 × 10 39 h 50 −2ジュール/秒（ボロメトリック）
X線フラックス	5.6 ± 0.6 × 10 -19ワット/cm 2 (0.1 ～ 2.4 keV)
その他の指定
	1E 0657-56、1E 0657-558

弾丸銀河団（1E 0657-56）は、2つの衝突する銀河団で構成されています。厳密に言えば、弾丸銀河団という名前は、大きな銀河団から遠ざかっている小さな銀河団を指します。共動半径は1.141 Gpc（37.2 億光年）です。^[2]

この天体は天体物理学者にとって特に注目に値する。なぜなら、弾丸銀河団の重力レンズ効果の研究は暗黒物質の存在の強力な証拠を提供すると主張されているからである。^[3]^[4]MACS J0025.4-1222 などの他の銀河団衝突の観測も同様に暗黒物質の存在を支持している。^[5]

概要

クラスターペアの主要構成要素である星、ガス、および推定上の暗黒物質は衝突中に異なる挙動を示すため、別々に研究することができます。可視光で観測できる銀河の星は衝突による大きな影響を受けず、そのほとんどは重力で減速したものの、その他の変化はなく、そのまま通り抜けました。X線で観測される 2 つの衝突構成要素の高温ガスは、クラスターペアのバリオン、つまり「通常の」物質の大部分を占めています。クラスター間物質のガスは電磁的に相互作用し、両方のクラスターのガスは星よりもはるかに減速します。

3 番目の要素である暗黒物質は、背景の物体の重力レンズ効果によって間接的に検出されました。修正ニュートン力学(MOND)などの暗黒物質のない理論では、レンズ効果はバリオン物質、つまり X 線ガスに追随すると予想されます。ただし、レンズ効果は可視銀河の近く (おそらく一致する) の 2 つの離れた領域で最も強くなります。これは、クラスターペアの重力のほとんどが、衝突中にガス領域を迂回した 2 つの暗黒物質領域の形をしているという考えを裏付けています。これは、暗黒物質が弱い相互作用ではなく、重力のみで相互作用するという予測と一致しています。

弾丸銀河団は、最も高温の銀河団として知られているものの 1 つです。この銀河団は、予測される臨界銀河団温度を超える温度で発散する可能性がある宇宙論モデルに観測可能な制約を提供します。^[1]地球から観測すると、このサブ銀河団は 1 億 5000 万年前に銀河団の中心を通過し、「銀河団の右側近くに弓状の衝撃波」を作り出しました。これは、「サブ銀河団の 7000 万ケルビンのガスが、主銀河団の 1 億ケルビンのガスを、約 1000 万 km/h (時速 600 万マイル) の速度で突き抜けた」ためです。^[6]^[7]^[8]弓状衝撃波の放射出力は、典型的なクエーサー10 個のエネルギーに相当します。^[1]

暗黒物質の重要性

弾丸銀河団は暗黒物質の性質に関する強力な証拠を提供し^[4]^[9]、大規模な銀河団に適用された「修正ニュートン力学（MOND）のより一般的なバージョンのいくつかに反する証拠」を提供します。^[10] $統計$ 的有意性8σで、バリオン質量ピークの中心からの全質量の中心の空間オフセットは、重力法則の変更だけでは説明できないことがわかりました。^[11]

グレッグ・マデイスキ氏によると:

特に説得力のある結果は、 Markevitch ら (2004) と Clowe ら (2004) による「弾丸銀河団」(1E0657-56、図 2) のチャンドラ観測から導き出された。著者らは、この銀河団は高速 (約 4,500 km/s) で合体しており、これは高温のX 線放射ガスの空間分布から明らかであるが、このガスは銀河団の下位の銀河より遅れていると報告している。さらに、弱レンズ効果マップで明らかになった暗黒物質の塊は衝突のない銀河と一致するが、衝突ガスより前方にある。このことと、他の同様の観測結果から、暗黒物質の自己相互作用の断面積を適切に制限できる。^[12]

エリック・ハヤシ氏によると：

弾丸サブクラスターの速度は、クラスターのサブ構造としては例外的に高いわけではなく、現在支持されているラムダCDMモデル宇宙論の範囲内に収まる。」^[13]

2010 年の研究では、衝突の速度は「LCDM モデルの予測と矛盾する」と主張しました。^[14]しかし、その後の研究では、衝突は LCDM シミュレーションと一致していることがわかりました。 ^[15]以前の矛盾は、小規模なシミュレーションとペアを識別する方法論に起因していました。弾丸クラスターが標準的な宇宙論と一致しないと主張した以前の研究は、X 線を放出するガスの衝撃の速度に基づく落下速度の誤った推定に基づいていました。^[15]合体によって引き起こされた衝撃の分析に基づいて、電子とイオンの下流温度の平衡が瞬間的でない限り、合体速度が約 3,950 km/s と低いことは、スニヤエフ・ゼルドビッチ効果と X 線データと一致すると最近主張されました。^[16]

代替解釈

修正ニュートン力学の提唱者であるモルデハイ・ミルグロムは、バレット・クラスターが暗黒物質の存在を証明しているという主張に対する反論^[17]をオンラインで投稿しました。彼は、バレット・クラスターの観測された特性は、検出されていない標準物質によって引き起こされた可能性もあると主張しています。

2006年の別の研究^[18]では、「弾丸銀河団における弱い重力レンズ効果の解析の単純な解釈」に対して警告を発しており、弾丸銀河団の非対称な場合でも、MOND、あるいはその相対論的バージョンであるTeVeS（テンソル・ベクトル・スカラー重力）が観測された重力レンズ効果を説明できる可能性があるとしている。

参照

銀河グループ
銀河団
アベル520 – 同様の銀河団で、大きな衝突の際に暗黒物質と発光物質が分離された可能性がある。
NGC 1052-DF2
銀河群と銀河団の一覧

参考文献

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さらに読む

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ハーバードハーバードシンポジウム: マルケビッチ PDF Bullet クラスターデータから暗黒物質の存在をモデル化した 36 枚のカラー画像とテキストスライド
NASA: NASA が暗黒物質の直接的な証拠を発見 2017-06-25ウェイバックマシンにアーカイブ(NASA プレスリリース 06-096) 2006 年 8 月 21 日
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