プレスリリース

明治大学理工学部物理学科の佐藤寿紀専任講師らの研究グループは、開発に参加しているX線分光撮像衛星（クリズム；X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission）によるケンタウルス銀河団の観測によって、銀河団中心部の高温ガスの速度構造を世界で初めて捉えました。本研究成果は、科学雑誌『Nature』オンライン版（2月13日付）に掲載されます。

・XRISMの優れた分光能力により、ケンタウルス座銀河団の中心部に高速で動く高温ガスの流れの存在を世界で初めて発見した。

・ 観測された高温ガスの運動は銀河団が成長過程で経験した衝突合体の痕跡を直接的に示すものである。

・ 銀河団中心部の高温ガスの速度構造の直接観測は、数十年来の謎であった銀河団中心部の加熱機構の解明にも繋がる。

私たちが暮らす宇宙は物質同士の間に働く重力等の影響を受けて、絶えず成長し続けています。星の集まりである「銀河」も、銀河の集まりである「銀河団」も暗黒物質（ダークマター）の重力によって形成されます。銀河団内では暗黒物質の強い重力に閉じ込められたガスが摂氏数千万度と非常に高温になりX線を放射しています。銀河団は衝突・合体を繰り返し現在も成長を続けていると考えられていますが、今回初めて、その直接的証拠を、XRISM により銀河団中心部を観測することで明らかにしました。銀河団の中心部はX線で非常に明るいため、その X 線放射によりエネルギーを放出してガスの温度が下がる（放射冷却現象）はずですが、温度が高く維持されていることが謎となっていました。この温度保持機構の解明の手がかりがガスの速度構造と考えられていましたが、観測装置の精度不足のため、これまで解明に至りませんでした。今回XRISM 国際共同研究グループ（XRISM Collaboration、以下 「研究グループ」という。）は、この高温ガスの速度構造を測定し、それが銀河団同士の衝突・ 合体の際に引き起こされる高温ガスの揺れるような動きに対応することを明らかにしました。 そしてこの「揺れ」によって高温ガスが攪拌され、銀河団中心部の温度が適切に保たれていることがわかりました。今回の高精度観測による高温ガスの速度に関する新事実の発見により、銀河団だけでなく宇宙に存在する様々な天体の形成と進化の理解が大きく前進するものと期待されます。

図1：ケンタウルス座銀河団中心部の想像図。青みがかった色で高温ガスの流れを示している。白で示したのは銀河、赤茶色は低温のガスを示す。©JAXA

宇宙はビックバンで誕生して以来、どのようにして現在のような姿になったのでしょうか。

私たちが暮らす宇宙には、太陽と惑星の集まりである太陽系や、星の集まりである銀河系のような天体の「群れ」が無数に存在します。このような群れは、宇宙が生まれたときから存在したわけではなく、物質同士の間に働く重力等の影響を受けて、徐々に成長してきました。その途中には、天体同士の衝突や合体のような、激しいイベントが何度も起こったと考えられます。

このような成長を経て作られた宇宙最大規模の天体が、銀河の集まりである「銀河団」で、そこ含まれる暗黒物質（ダークマター）と呼ばれる未知の物質による巨大な重力によって形成されたと考えられています。また、銀河団には、宇宙誕生直後の大イベントである「ビッグバン元素合成」によって作られた水素やヘリウムのガスも流れ込みます。このガスは、銀河団への落下の衝撃で数千万度の高温ガスとなり、Ｘ線で輝きます。一つの銀河団に含まれるガスの質量は、銀河（星）の総質量よりもはるかに大きいため、銀河団の力学的進化を知る上で、高温ガスのＸ線観測が欠かせません。

この高温ガスは、銀河団の中心部では、何らかの加熱機構がなければ、やがてX線放射に伴う放射冷却によって冷えていくことが予想されます。しかし、これまでの観測から、その予想に反してガスが高温状態を維持し続けていることが明らかになっていました。そのため、銀河団の高温ガスの温度維持機構を解明することが、宇宙進化史の研究における重要課題の一つに位置づけられてきました。