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SCIENTIFIC AMERICAN May 2011

The Lost Galaxies

銀河はどこへ行った?

By James E. Geach J. E. ギーチ
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I have always been startled and fascinated by the sandlike abundance of galaxies sprinkled across the night sky. The most sensitive optical image ever made by human beings, the Hubble Ultra Deep Field, captures some 10,000 galaxies in an area about 1/100th the size of the full moon. Scaled up to the whole sky, such a density implies a total of 200 billion or so galaxies. And those are just the most luminous ones; the true number is probably much larger. 海辺の砂粒のごとく夜空に散りばめられた膨大な数の銀河に,私は驚き魅せられてきた。人類史上最高感度で撮影された宇宙の可視光画像「ハッブル・ウルトラディープ・フィールド」には,満月の1/100程度の領域に1万個もの銀河が写っている。これは,全天に2000億もの銀河が存在することを意味する。しかもこの数は非常に明るい銀河の話で,実際にはこれよりもはるかに多くの銀河が存在しているだろう。
How did all those galaxies come to be? This question inspired me to become an astronomer and has been the focus of my research career. Over the years my naive way of looking at galaxies has changed. To judge by their sheer numbers, nature appears to be quite good at producing galaxies. Not so. If you add up all the visible matter in galaxies today, you get only about a tenth of the total endowment created by the big bang. Where is the rest, and why did it not end up in galaxies? These are two of the biggest puzzles in astronomy today. この膨大な数の銀河はどのように誕生したのか? 私はこの疑問に答えるために天文学者になり,それを研究の中心テーマにしている。
 ただその間,私の銀河観は大きく変化してきた。膨大な数の銀河が存在することを考えると,銀河は簡単に誕生するかのように思える。だが,実際にはそうではない。現在観測されている銀河をすべて足し合わせても,ビッグバンによって作られたガスの全質量の10%にしかならない。残りは一体どこに存在しているのか? それらはなぜ銀河になり損ねたのか? この2つの疑問はいずれも天文学における重要な問題だ。
This missing matter is different from dark matter and dark energy. Those are substances of unknown composition that together amount to 96 percent of the total mass of the cosmos. In the case of numbers of galaxies, the trouble is with the 4 percent that was supposed to be well understood. This slice of the universe is normal matter, made of the same stuff as our bodies and everything around us—primarily baryons, the class of particle that includes protons and neutrons. For the majority of it to go missing is a mystery inside a mystery. Not only is most of the matter in the universe dark and unexplained, but of the small sliver that is normal, only a fraction is accounted for. これらの問題は,いわゆる宇宙の暗黒物質や暗黒エネルギーとは関係ない。暗黒物質と暗黒エネルギーは宇宙の全エネルギー・質量の96%を占める未知の存在だ。一方,銀河の個数に関する問題は,既知だと思われている残りの4%にまつわる謎。この4%は,私たちの体や身の回りにあるすべての物体と同じ,いわゆる通常の物質であり,実質的には「バリオン」と呼ばれている粒子(主に陽子と中性子)からなる。
 この通常の物質でさえ,その大部分が宇宙のどこに存在しているかわかっていない。宇宙の物質のほとんどが正体不明の暗黒物質であるのみならず,残りの通常の物質でさえもほんの一部しか説明できていないのだ。
Another way to put it is that the process of galaxy formation must be inefficient. It is as if a farmer sowed an entire field of seeds and only one of every 10 germinated. Astronomers have struggled for years to explain how that could be. The emerging answer requires us to revise our notions not only of how galaxies form but of what a “galaxy” even is. One expects not to fathom exotic types of matter; it is rather more disturbing to learn that we still do not grasp the mundane sort. この問題は,銀河を形成する物理過程はなぜ非効率なのかと言い換えることもできる。畑に種を蒔いたのに10粒に1つしか芽が出ないようなものだ。長年の研究の結果,この問題に答えるには,銀河がいかにして誕生するかだけでなく,そもそも銀河とは何かについて考え直す必要があることがわかってきた。奇妙な暗黒物質が理解されていないことは納得できるだろうが,ごく普通の物質でさえ,その所在を把握できていないというのは大きな問題だ。