宇宙で最も暗い穴は、北天の耕運機であるうし座の近くにあります。ボイドと呼ばれるこの領域は、差し渡しが 2 億 5000 万光年あり、ほぼ完全に物質がありません。天の川の同じサイズの領域を中心にすると、何千もの銀河が見つかります。うしかい座の空隙には 60 しかありません。その中心からすべての方向を見ると、宇宙は暗く空っぽに見えます。
銀河が都市である場合、ボイドの端は郊外であり、中心は最も深い荒野です。しかし、アトラスに都市と道路だけが含まれている場合、アトラスは完全ではありません。また、間に空のスペースが必要です。科学者たちは、アトラスを完成させるためにますます深く暗い荒野に入り込み、そうすることで、私たちの宇宙における他のより大きな暗い存在について学んでいます.
たとえば、暗黒物質は宇宙の物質の 80% を占めていますが、光を放出したり吸収したりしません。しかし、その重力が原子を集めて銀河や銀河団を作るため、宇宙の目に見えるものを構成する星、ガス、塵は、根底にある暗黒物質の分布を反映しています。銀河が最も厚いところでは、暗黒物質が最も密集しています。逆もまた真です。銀河が存在しない (またはほぼ存在する) 領域では、暗黒物質はまばらであるはずです。
ペンシルバニア大学のポスドク研究者であるジョセフ・クランピットは、「空隙は暗黒物質[分布]の広大で浅い谷です」と説明しています。 「銀河は、狭く高くそびえ立つ山頂の中心にあります。」密度の代用として高さを使用する場合、「典型的な銀河は、エンパイア ステート ビルディングと同じ高さと設置面積を持ち、[そして]中規模のボイドは、マンハッタンの 3 倍の大きさの 3 フィートの深さの穴になります。 」空隙を見つけて、暗黒物質マップを埋めてください。
ボイドは、暗黒エネルギーと呼ばれる別の闇について科学者に伝えることもできます。それは宇宙の膨張の加速を促進し、その結果、ボイドのサイズと数が増加します。オハイオ州立大学の宇宙論および宇宙粒子物理学センターの宇宙学者であるピーター・メルヒオールは、ボイドのサイズとプロファイルの形状の分布を測定することで、この不思議な力を突き止めるのに役立つだろうと述べています。 「[ダーク エネルギー] は時間の経過とともに [ボイド] サイズの成長に影響を与えるため、ダーク エネルギーがどの程度強力に機能するかについての情報を提供してくれるでしょう。」
空虚であると同時に、虚空は約束に満ちています。唯一の問題は、宇宙の広大な充満の中で空をどのように見つけることができるかということです.
巨大なうし状空洞でさえ、1981 年に Robert Kirshner とその同僚によって発見されるまで、発見されることはありませんでした。私たちは 3 次元の宇宙に住んでいますが、宇宙の広大さが奥行きの知覚を妨げているため、空に対する私たちの見方は 2 次元です。空隙は大きく、ほとんどが空ですが、前景と背景の両方にある銀河によって、私たちの視界から見えなくなります。精密機器でその 3 次元を測定することによってのみ、これらの領域がどれほど巨大で空虚であるかを把握できます。
うしかい座の空隙が発見されて以来、天文学者は同様の方法を使用して多くの同様の空のパッチを発見しました。天の川の近くにも 1 つあり、創造的に Local Void と名付けられています。ボイドはどこにでもあり、さまざまなサイズと形状があります。しかし、ボイドが存在することを知るだけでは十分ではありません。科学者は、ボイドがいくつあるか、どれくらい大きいか、空間と時間にどのように分布しているかを知りたがっています.
これを達成するために、科学者は重力に目を向けています。アインシュタインの一般相対性理論で予測されているように、あらゆる形態の物質とエネルギーは重力を発揮し、それが光の経路に影響を与えます。 「質量による光の重力偏向は、ガラスのレンズやプリズムのよく知られた効果に似ています」とクランプピットは言いますが、観察するのははるかに困難です。物質が密集している場所では、光が強く影響を受け、遠くの物体の印象的な複数の歪んだ画像が生成されます。その効果は、強い重力レンズ効果として知られています。物質が希薄化すると、その結果、より微妙な「弱いレンズ作用」が生じます。光をねじったり、背景の銀河をわずかに拡大したり、検出するには注意深い観察が必要なその他の微調整が行われます。
これらのさまざまなレンズ動作を使用して、ボイドを見つけることができます。クランプピットが説明しているように、銀河または銀河団は「接線または樽型の」重力レンズ効果の特徴を生成し、ボイドは「放射状またはピンクッションのパターンを刻む」.個々の空隙が生成する重力サインは弱すぎて確実に検出できませんが、メルヒオールと彼の共同研究者は今年、多くの空隙の重力サインを一緒に検出できることを証明しました。彼らは、広大なスローン デジタル スカイ サーベイ (SDSS) から 901 の既知の宇宙ボイドを取得し、それらを「積み重ね」、それらを通過する光を平均化して、それらの一般的な重力特性を抽出しました。チームは、すでに特定されているボイドから始めて、ボイドのレンズ信号を理論モデルから予想されるものと比較し、ボイドが本当に期待どおりに空であるかどうかを確認しました。つまり、銀河がほとんどない宇宙のパッチには、暗黒物質もほとんどありません。これは予想通りですが、宇宙論の心地よい確認です。
ペンシルバニア大学で、クランプピットは、すでに特定されている空隙に限定されない補完的なアプローチを採用しました。ペンシルバニア大学の天体物理学者であるブブネシュ・ジェインと一緒に、最初に銀河の分布に頼ることなく、ボイドから予想される弱い重力レンズの特徴を求めて SDSS カタログを直接検索しました。これにより、約 20,000 のボイドの可能性が判明し、研究者は現在、銀河分布データと照合する予定です。
空隙を見つけるための重力レンズ効果の使用は斬新であると、カリフォルニア大学アーバイン校の宇宙学者である Asantha Cooray は述べています。 「これらの 2 つの論文が発表される前は、弱いレンズ効果は主に銀河団や銀河団などの質量の集中を測定するために使用されていました。測定値は、空隙サイズのレンズ効果に基づく推定値を提供します…[そして]宇宙には銀河のない大きな領域が実際にあることを確認します」と彼は説明します.さらに、これらの論文は、銀河形成の理論の主要な側面を確認しています。暗黒物質は結び目とフィラメントを形成し、その間に大きな空白があります。
うしかい座ボイドの中心は比較的近く、地球から約 7 億光年離れています。しかし、多くの虚空はそれよりはるかに遠く、空に散らばっています。 SDSS とその後継のバリオン振動分光測量 (BOSS) は、ニュー メキシコ州のアパッチ ポイント天文台に拠点を置いており、主に天の川の最も厚い部分から離れて見えるように選択された、北半球の空の 1 つのパッチをカバーしています。現在計画段階にあるものを含む他の調査では、特に弱い重力レンズ効果と空隙レンズ効果を調べて、より多くの空をカバーします。
したがって、ボイドは天文学の未来、さらに言えば、宇宙そのものの重要な部分となるでしょう。それは、遠い将来、暗黒エネルギーの作用のおかげで、宇宙はそうでないよりもむしろ空虚になるからです.宇宙のウェブは細断され、銀河間空間の深い闇にほんのわずかしか残りません。数兆年後、ボイドではなく物質は例外となるでしょう。
マシュー R. フランシスは、物理学者、サイエンス ライター、講演者、教育者です。
