新たな宇宙論への道?巨大銀河団に高密度ダークマター

日経ナショナル ジオグラフィック社

ナショナルジオグラフィック日本版

米航空宇宙局(NASA)/欧州宇宙機関(ESA)のハッブル宇宙望遠鏡が撮影した銀河団MACS J1206の画像。こうした銀河団の質量は非常に大きく、その巨大な重力は虫眼鏡のように光の進路を曲げてしまう。これを重力レンズ効果という(NASA, ESA, M. POSTMAN (STSCI) AND THE CLASH TEAM)

人間が一人では生きられないのと同じように、銀河も単独では存在できない。銀河には重力により互いに引き合う傾向があり、ときに巨大都市のような集団を形成することもある。1000個もの銀河からなる、太陽の1000兆個分もの質量をもつ巨大銀河団だ。

しかし、私たちが目にできる星々の質量は、銀河団全体のごく一部にすぎない。銀河団の質量の多くは、目には見えない謎だらけの「ダークマター(暗黒物質)」にあると科学者たちは考えている。ダークマターは、銀河団やその中に含まれる銀河などを球状に取り囲んでいると考えられている。こうした球状の領域は、銀河団ハロー、銀河団の中にあるものはサブハローとそれぞれ呼ばれる。

天文学者たちは何十年も前から、ダークマターが宇宙誕生の際にどのように機能し、宇宙の構造を形作ってきたかを解明しようとしてきた。だがしかし、2020年9月10日付で学術誌「サイエンス」に発表された論文により、現在標準とされる理論と大きく矛盾する観測結果が示された。

今回の研究では、銀河団の中を通って地球に届いた光がどのように曲げられているかを、11の巨大銀河団について調べている。その結果、これらの銀河団に含まれる密度の高いダークマターの領域が、標準モデルにもとづいたスーパーコンピューターの予測より10倍以上も多かったと示唆されたのだ。

「これほどの食い違いが見つかると、多くの場合、従来のモデルを修正する必要が出てきます」と、論文の共著者である米エール大学の理論天体物理学者プリヤムバダ・ナタラジャン氏は言う。「けれどもまれに、そうした食い違いが新しい理論への道を示してくれることがあります。科学史の中でも非常にまれなことですが」

宇宙に存在する巨大なレンズ

この研究は、現在の宇宙論の標準モデルとされる「ラムダCDM(コールド・ダークマター)」モデルを検証した最新のものだ。

ラムダCDMモデルによると、宇宙に占める物質とエネルギーの総和のうち、惑星、恒星、銀河、生物など、私たちが目にするすべてのものを構成する「バリオン物質」は、5%にも満たないという。宇宙の大部分にあたる約68%を占めているのは、宇宙膨張を加速させる謎の反発力「ダークエネルギー」であると考えられ、ギリシャ文字の「Λ(ラムダ)」という記号で表される。

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