暗黒物質とその挙動に関する私たちの理解には、重要な要素が欠けている可能性があります。より多くの重力レンズ効果、つまり巨大な物体による時空と光の湾曲は、この宇宙の謎を解決するための完璧なレシピにつながる可能性があります.
宇宙の総質量の 70 ～ 90% を占め、その重力の影響によって天の川のような銀河がバラバラになるのを文字通り防いでいるという事実にもかかわらず、科学は暗黒物質についてまだ闇の中にいます。
世界中の研究者がこのとらえどころのない物質の性質と組成を調査しているため、ジャーナル Science に論文が掲載されています。 暗黒物質の理論には重要な要素が欠けている可能性があることを示唆しており、その不足により、銀河を文字通り一緒に保持している物質の理解が妨げられています。
暗黒物質とその挙動に関する私たちの理論に欠けている何かの存在は、大規模な銀河団のサンプルにおける暗黒物質濃度の観測と、暗黒物質がどのように分布するべきかについての理論的なコンピューター シミュレーションとの比較から明らかになりました。そのようなクラスターで。
チリ北部のアタカマ砂漠にあるハッブル宇宙望遠鏡と超大型望遠鏡 (VLT) アレイによって行われた観測を使用して、ボローニャの INAF 天体物理学および宇宙科学天文台の Massimo Meneghetti が率いる天文学者のチームは、イタリアは、暗黒物質の小規模なクラスターが、これまで信じられていたよりも 10 倍大きいレンズ効果を引き起こしているように見えることを発見しました。
「銀河団は、現在利用可能な宇宙の数値シミュレーションが、重力レンズ効果から推測できることをうまく再現しているかどうかを研究するための理想的な実験室です」とメネゲッティは言います。 「私たちはこの研究でデータの多くのテストを行ってきましたが、この不一致は、シミュレーションまたは暗黒物質の性質に関する私たちの理解のいずれかからいくつかの物理的要素が欠落していることを示していると確信しています。」
重力レンズを追加するだけ
チームが暗黒物質の不一致を説明すると信じているレンズ効果は、アインシュタインの一般相対性理論の要因であり、重力は実際には質量が時空に及ぼす影響であることを示唆しています。この効果の最も一般的な例えは、ボウリングのボールが置かれたときに、引き伸ばされたゴム シートに生じる歪みです。
この効果は、星や銀河が空間を湾曲させ、オブジェクトを通過するときに光の経路を曲げることに起因します。重力レンズ効果とも呼ばれ、背景の物体 (星のように小さい場合も銀河のように大きい場合もあります) が前景の物体の前を移動し、そこからの光を曲げて空の明確な位置を示すときによく見られます。
極端な場合、このレンズ作用によって光の経路が変化し、観察者に到達する時間が異なる場合、背景オブジェクトが夜空のさまざまなポイントに現れる可能性があります。この美しい例がアインシュタイン リングです。1 つのオブジェクトが複数回出現し、リングのような配列を形成します。
暗黒物質は重力を介してのみ相互作用し、電磁気的相互作用さえも無視するため、—「それゆえに見えない理由は—」重力レンズは現在、その存在を推測し、銀河内の暗黒物質クラスターの位置をマッピングするための最良の方法です.
上記の「ゴムシート」のアナロジーに戻ると、ご想像のとおり、キャノンボールはボウリングボールよりもシートに極端な「へこみ」を作り、ゴルフボールよりも大きなへこみを作ります.同様に、暗黒物質のクラスターが大きくなるほど 質量が大きくなるほど 空間の曲率が極端になり、したがって光も極端になります。
しかし、ゴムシート上のボーリングボールがビー玉で囲まれているとどうなるか想像してみてください.個々の歪みは小さいかもしれませんが、それらの累積的な影響はかなりのものになる可能性があります。チームは、これが暗黒物質のより小さなクラスターで起こっていることであると考えています。これらの暗黒物質の小規模な塊は、全体的な歪みを高めます。ある意味では、これは小さなレンズが埋め込まれた大きなレンズと見なすことができます。
高忠実度の暗黒物質マップの作成
天文学者のチームは、ハッブルの広視野カメラ 3 によって撮影された画像と、欧州南天天文台 (ESO) の VLT によって収集された高度なカメラ調査を組み合わせたスペクトル データを使用して、忠実度の高い暗黒物質マップを作成することができました。このマップを使用し、3 つの主要なクラスターに焦点を当てて、「MACS J1206.2–0847、MACS J0416.1–2403、および Abell S1063」に焦点を当て、研究者はレンズ歪みを追跡し、そこから暗黒物質の量とその分布を追跡しました。 .
「ハッブルと VLT からのデータは、優れた相乗効果をもたらしました」と、イタリアのフェラーラ大学のチーム メンバーである Piero Rosati 氏は述べています。 「銀河を各クラスターに関連付けて、それらの距離を推定することができました。」
これにより、チームは、各銀河団の重力レンズ作用によって生成された遠方の銀河の劇的な弧と細長い特徴に加えて、ハッブル画像もまったく予想外のものを示していることを明らかにしました。最も巨大な銀河が存在するコア。
チームは、これらの入れ子になったレンズは、個々のクラスター銀河の中心に密集した物質によって作成されていると考えています。彼らは、フォローアップの分光観測を使用して、これらのクラスター内の星の速度を測定し、ウイルス定理として知られる計算方法を通じて、これらのクラスターの質量を確認し、それらに含まれる暗黒物質の量を確認しました。
これらの異なる情報源からの観測結果を融合することで、チームは、複数回画像化された数十の背景レンズ銀河を特定することができました。次に、研究者はこの忠実度の高い暗黒物質マップを取得し、ほぼ同じ距離に位置する同様の質量を持つシミュレートされた銀河団のサンプルと比較しました。
これらのシミュレートされた銀河団は、同じ暗黒物質クラスター濃度を示していませんでした —少なくとも、個々の銀河団に関連する小規模ではありません.
この不一致の発見は、天文学者がより優れたコンピューター シミュレーション モデルを設計し、暗黒物質がどのようにクラスター化するかをよりよく理解するのに役立つはずです。この改善された理解は、最終的に、この豊富で支配的な物質の形態が実際に何であるかの発見につながる可能性があります.
元の研究:Meheghetti. M.、ダヴォリ。 G.、ベルガミニ。 P.、他、「銀河団で観測された小規模な重力レンズの過剰」科学 [2020]、
