2020 年 12 ⽉ 17 ⽇

銀河と銀河をつなぐ宇宙で最⻑のガスフィラメントの発⾒
ボン⼤学・マックスプランク地球外物理学研究所・奈良⼥⼦⼤学・ミュンヘン⼤学・ハンブルグ⼤学などが参加する共同研究グループが、eROSITA 宇宙望遠鏡を⽤いて銀河間ガスを観測し、我々の宇宙の進化モデルを確認。
概要

宇宙の半分以上の物質は未だにどこにあるのか⾒つかっておらず、その多くが銀河団の周辺や銀河と銀河の間に隠れているのではないかと予測されてきました。共同研究グループは、銀河団や銀河の間をつなぐ 5000 万光年もの⻑さを持つガスフィラメントを初めて捉えることに成功しました。その構造は、コンピュータシミュレーションの結果とも⾮常によく似ていることから、今回の観測は宇宙進化についての理論予測を確認したと⾔えます。本学太⽥直美准教授は、宇宙空間に隠れたバリオン物質の特定の⼿がかりとなるガスフィラメント中の電離酸素分布の調査に携わりました。この結果は、科学雑誌
Astronomy & Astrophysics に掲載されます。

イントロダクション
私たちの存在はいわば⼩さな不均⼀性によって⽣まれたとも⾔えます。約 138 億年前、ビッグバンが起こりました。それは空間と時間の始まりというだけでなく、今⽇の宇宙を構成するすべての物質の始まりでもあります。最初は⼀点に集中していたものが、途⽅もない速度で膨張し、物質がほぼ均⼀に分布した巨⼤なガス雲となったのです。しかし、ある場所では、雲の密度が他の場所よりも少し⾼かったのでしょう。それが今⽇、惑星、星、銀河が存在する種となったのです。つまり、密度の⾼い場所では重⼒がやや強くなり、周囲からガスを引き寄せます。それが時の経過とともに、ますます多くの物質をその場所に集中させるのです。⼀⽅で、それらの間の空間はますます空っぽになりました。このようにして、130 億年のうちにある種のスポンジのような構造ができあがりました。物質のない⼤きな「⽳」があり、その間には数千もの銀河が⼩さな空間に集まっている、いわゆる銀河団があるのです。

ガスフィラメントの細い網上のようなことが本当に起こったとしても、銀河と銀河団は、クモの巣の細い⽷のように、残りのガスによって互いにつながっているはずです。
「計算によると、私たちの宇宙の全バリオン物質(原⼦などの通常の物質)の半分以上がこれらのフィラメントに含まれていることになります。これは、私たち⾃⾝と同じように、星や惑星が作られるもととなる物質なのです。
」とトーマス・ライプリヒ教授(ボン⼤学アルゲランダー天⽂学研究所)は説明します。しかし、これまでのところ姿を隠しているのです。フィラメントは⼤きく膨張したために、ガスに含まれる物質は極端に希薄です。それは、1 ⽴⽅メートルあたりわずか 10個の粒⼦を含むにすぎず、地球上で実現できる最⾼の真空と⽐べてもはるかに少ないといえます。
そこで、新しい観測装置である eROSITA 宇宙望遠鏡を使うことで、研究グループは希薄なガスを初めて全体的に捉えることができました(図 1)。eROSITA は、フィラメント中のガスが出す微かな X 線放射に対しても、⾮常に⾼い感度をもつ検出器を搭載しています。広⾓レンズのように広い視野を持つため、⼀12020 年 12 ⽉ 17 ⽇
回の測定で空の広い領域を⾼い解像度で撮像することができます。そのため、フィラメントも短時間で観測することができるのです。

図 1eROSITA 宇宙望遠鏡によるアーベル 3391/95 銀河団の X 線画像（右）、⽐較のための⾼温ガスの分布を⽰すシミュレーションの静⽌画像（左）右図において、A3391, A3391n, A3395s はアーベル 3391/95を構成する主な 3 つの銀河団。北側の銀河群(Northern Clump)はアーベル 3391/95 銀河団に向かって落ちてきていると考えられる。点状の天体のほとんどは、銀河団の背景にある活動銀河核(AGN)。©
Reiprich et al. Astronomy ＆ Astrophysics

図 2eROSITA による X 線画像（右) と⽐較のためのシミュレーション画像(左）右図では、過去の観測では検出できなかったガスの⾮常に希薄な領域も⾒てとれる。北側の銀河群から銀河団 A3391、A3391と A3395 の間、さらに A3395 から南の⼩さな銀河群へとつながる⻑さ 5000 万光年のガスフィラメントが存在することがわかる。©左: Reiprich et al. Space Science Reviews, 17, 195; 右: Reiprich et al.
Astronomy ＆ Astrophysics

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宇宙進化の標準モデルを確認
今回、共同研究グループは、アーベル 3391/95 と呼ばれる天体を調べました。これは、私たちから約 7億光年離れたところにある 3 つの銀河団でできた天体です。eROSITA の画像は、銀河団や多くの銀河だけでなく、これらの天体を互いにつなぐガスの⽷(フィラメント)も⽰しています(図 2 と図 4)。フィラメントの全⻑は 5000 万光年にもなります。もしかすると、それはさらに巨⼤かもしれません。研究グルー
プは、今回の画像はその⼀部を⽰したにすぎないだろうと考えています。
今回の観測結果を宇宙進化のシミュレーションと⽐較したところ、eROSITA のデータはコンピュータで⽣成されたグラフィックスに驚くほど似ています(図 1 と図 2)。これは、宇宙の進化について広く受け⼊れられている標準モデルが正しいことを⽰唆しています。何よりも、観測データは隠れたバリオン物質がおそらく実際にフィラメントに潜んでいることを⽰しているのです。

酸素の分析が⼿がかりに隠れたバリオン物質の多くは、温度が 10 万度〜100 万度程度のガス(以下、温かいガス)として銀河団の周辺や銀河間に薄く広がって分布している可能性があります。温かいガスの存在を確かめるには、そこに含まれる電離酸素の放つ微弱な X 線放射の信号を捉えることが有効です。またその信号強度は、ガスの温度によっても変わります。
「この性質を利⽤して eROSITA の X 線画像を解析したところ、アーベル3391/95 の南北の銀河団の間をつなぐ橋のなかに温かいガスが存在することの⼿がかりを得ました。
」と太⽥直美准教授は話します(図 3)。これは銀河間に隠れている原始ガスの可能性があり、その確認に向けてさらに分析を進めています。

図 3 アーベル 3391/95 の南北の銀河団をつなぐ「橋」の拡⼤図。電離した酸素の輝線放射が⾒えやすいエネルギー帯に絞って表⽰してある。⽩⾊の等⾼線は eROSITA 望
遠鏡の X 線画像、⿊⾊の等⾼線はASKAP/EMU 望遠鏡の電波画像。⻘⾊が、温かいガス(Warm gas)からの酸素輝線放射が強い領域。⻩⾊はガス温度が⾼い場所で、“リトル イタリア(Little Italy)”や“電波ブロッブ (Radio blob)”などのラベルがついた電波放射が強い場所とも近い。© Reiprichet al. Astronomy ＆ Astrophysics

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図 4 DECam カメラで撮影したアーベル
3391/95 銀河団の可視光画像。eROSITA 画像（⿊や⻘などはガス密度が⾼い場所）とASKAP 望遠鏡の電波の等⾼線（⻩⾊）が重ね て 表 ⽰ さ れ て い る 。 © Reiprich et al.
Astronomy ＆ Astrophysics

参加機関と資⾦

本研究には、ドイツ、⽶国、スイス、チリ、オーストラリア、スペイン、南アフリカ、⽇本の機関から約 50 ⼈の科学者が参加しました。eROSITA はマックスプランク協会とドイツ航空宇宙センター（DLR）からの資⾦提供を受けて開発され、ロシアの宇宙機関ロスコスモスのサポートによって建設されたロシアとドイツの衛星に搭載されて昨年 7 ⽉に宇宙空間へと打ち上げられました。現在の研究は、参加国のいくつかの研究⽀援組織によって資⾦提供を受けました。科学研究費補助⾦・国際共同研究加速基⾦(課題番号:16KK0101, 研究代
表者:太⽥直美)の⽀援に感謝します。
掲載論⽂

著者: T.H. Reiprich, A. Veronica, F. Pacaud, M.E. Ramos-Ceja, N. Ota*, J. Sanders, M. Kara,
T. Erben, M. Klein, J. Erler, J. Kerp, D.N. Hoang, M. Brüggen, J. Marvil, L. Rudnick, V. Biffi,K. Dolag, J. Aschersleben, K. Basu, H. Brunner, E. Bulbul, K. Dennerl, D. Eckert, M. Freyberg,
E. Gatuzz, V. Ghirardini, F. Käfer, A. Merloni, K. Migkas, K. Nandra, P. Predehl, J. Robrade,
M. Salvato, B. Whelan, A. Diaz-Ocampo, D. Hernandez-Lang, A. Zenteno, M.J.I. Brown, J.D.
Collier, J.M. Diego, A.M. Hopkins, A. Kapinska, B. Koribalski, T. Mroczkowski, R.P. Norris,
A. OʼBrien, and E. Vardoulaki (*は本学教員)
論⽂タイトル: The Abell 3391/95 galaxy cluster system: A 15 Mpc intergalactic medium
emission ﬁlament, a warm gas bridge, infalling matter clumps, and (re-)accelerated plasma
discovered by combining eROSITA data with ASKAP/EMU and DECam data. DOI:

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プレスリリース画像・動画

https://astro.uni-bonn.de/~reiprich/A3391_95/
eROSITA 宇宙望遠鏡プロジェクト

ホームページ https://www.mpe.mpg.de/eROSITA
Twitter@eROSITA_SRG https://twitter.com/eROSITA_SRG

連絡先

太⽥ 直美 (Prof. Dr. Naomi Ota)
奈良⼥⼦⼤学 研究院⾃然科学系物理学領域
E-mail: naomi@cc.nara-wu.ac.jp
URL: http://www.nara-wu.ac.jp/phys/ota/
Prof. Dr. Thomas Reiprich
Argelander Institute for Astronomy（AIfA）
University of Bonn
E-mail: reiprich@astro.uni-bonn.de5