鍵が見つからなくてイライラした場合は、天文学者がどのように感じているか想像してみてください。何年もの間、宇宙に含まれているはずだと彼らが考えている原子の約半分を見つけることができませんでした。現在、研究者たちは、うねる煙を照らすレーザーのように振る舞う初期宇宙からの放射線を使用して、失われた物質の多くを追跡しました。この発見は、宇宙が時間とともにどのように進化してきたかについての私たちの理解を固めるのに役立ちます.
宇宙論者は、ビッグバン後の最初の 20 分間に生成された水素とヘリウムの量を大まかに知っています。これらの数値は、ビッグバンの残光 (いわゆる宇宙マイクロ波背景放射 (CMB)) の研究によって裏付けられており、これは、私たちの宇宙がおおよそ 70% の暗黒エネルギー、23% の暗黒物質、そして通常の宇宙のわずか 4.6% で構成されていることを示唆しています。 、またはバリオン物質。しかし、恒星と銀河は、推測される通常の物質の約 10% しか占めておらず、研究者は、存在すると考えられる原子の最大半分を説明することはできないと言われています.
「ご想像のとおり、これは恥ずかしいことです」と、新しい研究には関与していないプリンストン大学の天文学者 Renyue Cen は言います。 「ほとんどの物質が暗いだけでなく、ほとんどのエネルギーがさらに暗いだけでなく、通常の原子である 5% のうち、ほとんどが失われています。」
研究者たちは、バリオンがどこにあるかを知っていると考えています。宇宙が初期の頃からどのように成長し、変化してきたかを予測する標準的な宇宙論モデルによると、宇宙は暗黒物質の巨大なストランドで満たされ、銀河はこのいわゆる宇宙網に埋め込まれています。科学者たちは、失われた原子は、銀河の間に広がる高度にイオン化されたガスの拡散した雲の中にあると仮定しています。暖熱銀河間物質 (WHIM) として知られているこのガスは、X 線で 100 万度も輝いていますが、非常に薄いため見るのが非常に困難です。ハッブル宇宙望遠鏡のような紫外線を見ることができる天文台を使用して、天文学者は行方不明のバリオンの約 50% から 70% を占めるのに十分な量の WHIM を発見しました。
新しい研究では、エジンバラ大学のチームが、まったく異なる照明源である CMB 自体を使用して、フィラメント ネットワークの WHIM を解明しようとしました。宇宙が膨張するにつれて、CMB 内の光子はより長い波長に伸び、現代では絶対零度より数度上まで冷却されました。これらの光子が宇宙の網の中で電子に衝突すると、エネルギーを獲得し、波長がわずかに短くなることがあり、これは Sunyaev-Zel'dovich (SZ) 効果として知られる現象です。そのため、SZ 効果を探すことで、研究者はコズミック ウェブで WHIM を追跡できます。
SZ 効果は非常に弱く、光子の波長を約 1000 万分の 1 に短縮します。それを見るのに十分な強度の信号を得るために、研究者はスローン デジタル スカイ サーベイで見つかった 100 万組の銀河をすべて同じ距離で分離し、それらの画像を重ね合わせました。 9 月 29 日に arXiv プレプリント ウェブサイトに投稿された論文で報告されているように、案の定、彼らは融合した画像で SZ 効果を識別することができ、極寒のマイクロ波光子を変更する高温のバリオン物質の量の推定値を提供しました。
この結果は、宇宙網内の物質が宇宙平均の約 6 倍の密度であり、不足している質量の約 30% を構成するのに十分であることを示唆しています。 9 月 15 日に arXiv に投稿された、260,000 組の銀河ペアで SZ 技術を使用した独立した研究でも、同様の結論に達しました。
一部の専門家は、調査結果について留保しています。ボルダーにあるコロラド大学の天文学者 J. マイケル シュル (J. Michael Shull) は、次のように述べています。 「彼らは、フィラメント内のすべてのガスが 2 つの銀河の間の視線に沿っていると仮定しましたが、それはおそらく正しくありません。」より複雑な 3D 配置の素材の可能性が高い、と彼は述べています。
失われたすべてのバリオン物質を最終的に特定するには、大型の次世代 X 線望遠鏡が必要になるでしょう。それが実現すれば、SZ 効果技術はその発見を確認するための独立した方法を提供する可能性がある、と Cen は言います。
