天の川銀河を含む渦巻き銀河では、1930年代初期にケプラーの法則に従わない平坦な回転曲線V(r)が発見され、宇宙論を揺がす大問題になった。これは、将来の宇宙開発で人類が太陽系を飛び出した際に遭遇する重力問題でもある。当初、この現象をニュートン力学では正しく説明できず、それ以来重力を増大させる正体不明の物質、「暗黒物質」が存在するとする仮説が主流モデルとして提唱されてきた。モデルは宇宙背景放射や重力レンズ効果などの間接的な研究で支持されているが、今だに暗黒物質が存在する決定的な証拠は見つかっていない。
本研究では、この問題を解決するため、特徴的な銀河の形状に着目し、ニュートン力学に基づく新しい“渦巻重力モデル（SGM）”を提案した。モデルでは、新たな求心力として渦巻き形状が生み出す恒星間力T(r)の存在を予測し、形状データを組み込んだ解析解V(r)の導出に初めて成功した。更に、この解析解V(r)は、バルジ端部から太陽系までの全領域の観測データに対して±5%以内で完全に一致することが確認され、平坦化特性の検証に繋がっている。
これらから、円盤部の求心力には、渦巻き運動による力が加わることで従来の重力を含む新たな力、「渦巻力」が一体で存在していることを発見した。この渦巻力は、銀河中心からの距離rの ?1/2乗に比例しており、重力の場合の距離r の?2乗に比べて減衰が極めて遅く、平坦化の要因になっている。この力は、恒星群の巨視的な螺旋構造により発生し、銀河系へのスケール拡大により顕在化したものと考える。これは、ケプラーの法則とは原理的に異なり、従来の概念にはない新しい重力の発生原理を示すと考える。更に、新モデルの有効性、発展性を確認するため、導出した解析解を基に銀河の諸特性を解析し、多くの重要な知見を得ている。
今後、渦巻き銀河をより深く理解し、近い将来の宇宙開発に備えるために、SGMが有効な解析ツールとして活用されることを期待する。
