許可を得て転載 Quanta マガジン の 抽象化ブログ.
コスモスはかくれんぼをします。ただし、天文学者が獲物がどこに隠れているかを予感している場合でも、それを確認するのに何十年もかかることがあります。宇宙の行方不明物質のケース — 今月初めに報告したように、現在はクローズされているように見えるケース — は、そのような例の 1 つです。私にとって、それは巧妙な宇宙論モデルが 20 年かけて探索した宝の地図を描いた魅力的な物語です。
科学者たちは 1980 年代に、宇宙の原子物質 (バリオン) のほんの一部しか観測できないことを知っていました。 （今日、すべてのバリオンを合わせて宇宙の約 5% を占めると考えられていることがわかっています。残りは暗黒エネルギーと暗黒物質です）。銀河、ほとんどの場合、バリオンの大部分が失われます。
しかし、失われた物質が正確にどれだけ存在し、どこに隠れているのかという問題は、1990 年代に鋭くなり始めました。その頃、カリフォルニア大学サンディエゴ校の天文学者 David Tytler は、新しいクエーサーを使用して、遠方のクエーサー (中心に活動的なブラック ホールを持つ銀河の明るいコア) の光に照らされた重水素の量を測定する方法を思いつきました。ハワイのケック望遠鏡の分光器。 Tytler のデータは、研究者が、目に見えるすべての星とガスを考慮すると、今日の宇宙で失われたバリオンの数を理解するのに役立ちました。なんと 90% です。
これらの結果は、一部はタイトラーの性格に煽られて、論争の嵐を巻き起こしました。 「彼は、当時、矛盾しているように見える多くの証拠にもかかわらず、自分は正しいと主張し、基本的に、他の人は自分が何をしているのかを知らない馬鹿の集まりだと言いました」と天文学者のロミール・デイブは言いました。エジンバラ大学で。 「もちろん、彼は正しかったことがわかりました。」
その後、1998 年に、プリンストン大学の天体物理学者である Jeremiah Ostriker と Renyue Cen が、宇宙の歴史をその始まりから追跡する独創的な宇宙論モデルを発表しました。このモデルは、行方不明のバリオンが、銀河の間を拡散した (当時は検出できなかった) ガスの形で漂流している可能性が高いことを示唆していました。
たまたま、デイブはオストライカーとセンを打ち負かして、バリオンがどこにあるかを世界に最初に伝えたかもしれません。論文が発表される数か月前に、デイブは博士号の一部であった独自の宇宙論的シミュレーションのセットを完成させていました。カリフォルニア大学サンタクルーズ校に勤務。バリオンの分布に関する彼の論文は、バリオンが銀河間の暖かいプラズマに潜んでいる可能性があることを示唆していました。 「それが何であるかについて、私は本当に結果に感謝していませんでした」とデイブは言いました. 「まあ、勝ったり負けたり。」
デイブはその後もこの問題に取り組み続けました。彼は、失われた物質が、銀河のペアをつなぐ非常に高温で非常に拡散したガスの幽霊のような糸の中に隠れていると想像しました。天文学的に言えば、これは「暖かい銀河間媒体」、または Dave が作り出した用語である WHIM になりました。
多くの天文学者は、失われた物質のかなりの部分を説明できる非常にかすかな星が銀河の周辺にあるのではないかと疑っていました。しかし、何十年にもわたる調査の結果、星の中のバリオンの数は、見ることができた最もかすかなものでさえ、20% 以下になりました。
ますます洗練された機器がオンラインになりました。 2003 年、ウィルキンソン マイクロ波異方性プローブは、ビッグバンから約 380,000 年後の宇宙のバリオン密度を測定しました。それは、宇宙モデルが示すのと同じ密度であることが判明しました。 10 年後、プランク衛星がその数を確認しました。
失われた物質を保持している可能性のある隠れた星や銀河を最終的に見つけることができなかったため、「銀河間のガスに注意が向けられました。これは、数十億光年にわたる低密度の銀河間空間に分布する銀河間媒体です」と、Michael Shull 氏は述べています。コロラド大学ボルダー校の天体物理学者。彼と彼のチームは、遠方のクエーサーからの光に対する WHIM の影響を研究することで WHIM を探し始めました。水素、ヘリウム、および酸素などの重元素の原子は、これらのクエーサー灯台からの紫外線および X 線放射を吸収します。ガスは「ビームから光の一部を奪い」、光の不足、つまり吸収線を残します。線を探せば、ガスが見つかります。
水素とイオン化酸素の最も顕著な吸収線は、スペクトルの紫外線と X 線部分の非常に短い波長にあります。天文学者にとって残念なことに (しかし、地球上の残りの生命にとっては幸いなことに)、私たちの大気はこれらの光線を遮ります。失われた物質の問題を解決するために、天文学者は X 線衛星を打ち上げてこの光をマッピングしました。シュル氏によると、吸収線法により、科学者たちは最終的に「高温のビッグバンで調理された予測されたバリオンのすべてではないにしてもほとんどを説明した」とのことです。
他のチームは別のアプローチをとり、行方不明のバリオンを間接的に探しました。今月初めの私の話が示すように、Shull を含む 3 つのチームが現在、すべてのバリオンが説明されていると言っています。
しかし、WHIM は非常にかすかで、物質が非常に拡散しているため、確実に事件を解決することは困難です。ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所所長である Kenneth Sembach は、次のように述べています。 「もっとたくさんあると思います。最近の論文は、この複雑で興味深い宇宙パズルのもう 1 つのピースのようです。今後さらに多くの作品が登場し、これらの作品をどのように組み合わせるのが最善かについての関連する議論があると確信しています。」
Katia Moskvitch は、ロンドンを拠点とする科学技術ジャーナリストであり、 の編集長です。 プロフェッショナル エンジニアリング マガジン。彼女は物理学、天文学、その他のトピックについて書いています Nature、Science、Scientific American、The Economist、Nautilus、New Scientist、BBC、その他の出版物。ジャーナリズムの修士号を取得した航空宇宙エンジニアである彼女は、この本の著者です 「ポップス」と呼んでください:Le Bon Dieu Dans La Rue.
