夏バテも・秋バテもない・の～てんき
・・・でいられない・・・
銀河の間にある高温のガスのコンピューターによるシミュレーションから
これまで見つかっていなかった宇宙の物質の位置が示されていた
何十年もの間、宇宙の原子物質のなかには、どこに隠れているのか突き止められないものがあった
1990年代半ばに宇宙のすべての通常物質
つまり恒星、惑星、ガスなど原子で出来上がっているものすべてを見つけ出そうとしたが、そのとき以来まだ見つかっていなかった物質
（これは暗黒物質（ダークマター）のことではない）
ビッグバンの名残りの光である宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の研究によって
ビッグバンの間に物質がどのようにつくられたかという理論的な研究に基づいて
どれだけの物質があるはずかについては、かなりわかっていた
研究者たちは、目に見える物質をすべて合算した
恒星やガス雲など、いわゆるバリオン（重粒子）すべて
それらはそこにあるべき物質の約10%にしか相当していなかった
通常物質は宇宙のすべての物質の15%にすぎないことを考えれば（残りは暗黒物質である）
見つけることができていたのは宇宙のすべての物質のたった1.5％にすぎない
最近発表された3編の論文によると
天文学者たちは宇宙のすべての通常物質のうち残っていたものを突き止めた（ただし、暗黒物質にどんなものがあるかについてはまだまだわかっていない）
すべてを見つけるまでにはかなりの時間がかかったが、研究者たちは最初から予想していた場所に正しくそれらを見つけた
それは銀河の間に広がる高温のガスの大きな巻きひげ（高温のガスがなかったとしたら、空っぽだったはずの裂け目だ）
正式には中高温銀河間物質（WHIM）と呼ばれる場所
銀河の間に実際には見えないガスが大きく広がっているのではないかと考えられるようになったのは、1998年につくられたコンピューターのシミュレーション以来
プリンストン大学の宇宙学者ジェレマイア・オストライカーさん
「わたしたちは宇宙のすべてのガスに何が起きているか知りたかったのです」
彼は同僚の岑仁月（ツェン・レンユエ）とともにそれらのシミュレーションのうちのひとつを実行
ふたりは重力、光、超新星の爆発など宇宙空間で物質を動かすすべての力に基づいて、宇宙のガスの動きをシミュレーションした
「わたしたちは、それらのガスは検知が可能なフィラメントのなかに蓄積しているはずだという結論に達しました」
ただし、いまのところは検知できてはいない
リヴァプール・ジョン・ムーア大学の天体物理学者イアン・マッカーシーさん
「バリオンの多くは銀河のなかにあるのではなく、高温の拡散した状態で存在していることが以前からの宇宙学シミュレーションではっきりわかっていました」
天文学者たちは、これらの高温のバリオンは、銀河のすき間に広がる広大なすき間にまたがる目に見えない暗黒物質からできている宇宙の上部構造に一致すると予期していた
暗黒物質はその重量でガスを引き寄せ、ガスを数百万℃まで熱する
残念なことに、高温で拡散しているガスは見つけるのが非常に難しい
隠れたフィラメントの位置を突き止めるため
別々のふたつの研究チームが、ビッグバンの残光である宇宙マイクロ波背景放射がどれだけねじ曲げられているかを正確に測ろうとした
初期の銀河からの光が宇宙を流れていくにつれ
通り抜ける領域の影響を受けることがある
特に高熱でイオン化したガス（例えば中高温銀河間物質=WHIM）のなかの電子は
宇宙マイクロ波背景放射の光子と作用して、これらの光子にエネルギーを与える
こうして、宇宙マイクロ波背景放射のスペクトルは歪められると考えられる
残念ながら、宇宙マイクロ波背景放射の最も優れたマップ（プランク衛星が提供）には、そのような歪みは表れていなかった
ガスがそこになかったのか、あるいはこのような効果はあまりにも微弱なのではっきり表れなかったのか、どちらか？
だが、ふたつの研究チームは
コンピューターによる宇宙のシミュレーションはますます詳細になっているため
巨大な銀河の間には窓枠に張られたクモの巣のようにガスが広がっているに違いないとわかっていたから
それをはっきり見えるようにしようとした
プランク衛星（宇宙望遠鏡）では、どのペア銀河でもその間のガスを見ることはできなかった
そこで研究者たちは、微かなシグナルを100万倍に拡大する方法を考え出した
彼らはまず、適切な銀河ペアを見つけるために、すでに知られている銀河をすべて検討した
銀河ペアの間に比較的厚いクモの巣を張っているのは
ふたつの銀河が十分に巨大で、互いからちょうどいい距離だけ離れている場合
宇宙物理学者たちはプランク衛星のデータを見直して
そのような銀河のペアがどこにあるかを特定
観測されたデータで作った画像からその領域を切り取った
エディンバラ大学の博士課程の学生アンナ・ドゥ・グラーフ率いる研究チームの場合
100万を超える切り抜きを手にして
一つひとつを回転させ、拡大したり縮小したりして
すべての銀河ペアが同じポジションで見えるようにした
それから、100万の銀河ペアを次々に重ねていった
仏オルセー天体物理学研究所の谷村秀樹の研究チームは、26万ペアの銀河を組み合わせた
こうしてついに、一本一本の糸、つまりそれまで目に見えなかった高温・低密度のガスのフィラメントを可視化することに成功
この方法には落とし穴もある
コロラド大学の天文学者マイケル・シュルさん
この方法で得られた結果を解釈する際には
温度ならびに高温のガスの空間分布を仮定する必要がある
また、シグナルを重ね合わせていることから
「多数のデータを重ね合わせた結果である『弱いシグナル』のことを常に心配しなくてはなりません」
「世論調査でもときおり見られるように、統計を歪ませる分布の外れ値やバイアスがあると、間違った結果を得ることになります」
このような懸念もあって、宇宙学の学会ではこれまでこの件が決着したとは考えられていなかった
必要とされていたのは、高温のガスを計測する独立した方法
この夏、その方法が見つかった
このふたつの研究チームはシグナルを重ね合わせる方法をとっていたが
3番目の研究チームはそれとは異なるアプローチをした
彼らは何十億光年ものかなたに輝く灯台というべきクエーサー（恒星状天体）を観察した
一見したところ何もなさそうに見える空間をクエーサーの光が通り抜けてくる様子を観察
その空間にあるガスを検知した
それはちょうど、遠くにある灯台の光線を調べることによって、灯台をとりまく霧を研究するようなもの
天文学者がこの方法をとるとき、通常は原子状水素に吸収された光を見つけようとする
水素は宇宙に最も豊富にある元素だから
しかし残念なことに、そのやり方は不可能だった
中高温銀河間物質（WHIM）はあまりにも温度が高いので、水素をイオン化してしまい、ひとつしかない電子をとり去ってしまう
その結果、光を吸収しない自由な陽子と電子のプラズマになってしまう
そこで研究グループは、代わりに別の元素、酸素を探すことにした
中高温銀河間物質には、水素と同じ程度の酸素は存在していない
だが、電子を1個しかもたない原子状水素と違い、原子状酸素には8個の電子がある
中高温銀河間物質の発する熱は原子状酸素の8個の電子のほとんどをとり去ってしまう
が全部ではない
ローマのイタリア国立宇宙物理学研究所のファブリツィオ・ニカストロ率いる研究チーム
2個だけを残して残りの電子を失った酸素に吸収された光を追跡
彼らは高温の銀河間ガスが存在する2つの場所を発見した
ニカストロの研究チームのメンバーであるシュルさん
酸素は「それよりもずっと大きい水素とヘリウムのガスの貯まり場を見つける手がかりになります」
研究チームは、地球とこの特定のクエーサーとの間に見つけたガスの量から、宇宙全体の量を推定
その結果から、自分たちはまだ見つかっていなかった30%の場所を見つけたと推測することができた
その数字は、宇宙マイクロ波背景放射の研究の成果ともちょうど一致していた
テキサス大学の天文学者マイク・ボイランコーチンさん
「これらの研究チームはそれぞれ、同じパズルの別々のピースを見ていたのですが、同じ結果に到達しつつあります。彼らがそれぞれ別の方法を用いたことを考えれば、安心できる結果です」
シュルさん
次の一歩は、もっと感度の高い次世代のX線望遠鏡や紫外線望遠鏡を使って、より多くのクエーサーを観察することだと
「わたしたちが観察したクエーサーは、見つけうる限りで最高の最も明るい灯台でした。ほかのクエーサーはもっと光が弱いので、観察には時間がかかるでしょう」
「これまで見つかっていなかったバリオンが見つかったという結論に達した」
で・ダークマター
銀河は回転しており、その回転速度は目に見えるさまざまな天体すべての質量から計算できる速度よりも、かなり速い
そのため宇宙物理学者たちは、なにか（ダークマター）が通常の物質に比べて5倍以上存在していると考えている
物理法則を考えてみれば、ダークマターから生じる重力がない限り、銀河はバラバラになっているはず・・・
わたしたちのいる銀河系（天の川銀河）の場合
回転速度から考えると、通常の物質と比べて30倍以上のダークマターが存在している計算
実際、これまで観測されたすべての銀河にはダークマターが存在していると考えられてきた
暗黒物質（ダークマター）はまだ謎
それが何によって構成されているのか？
単一粒子の質量がどれほどなのか？
ダークマターは光を透過させるだけ
光を反射せず吸収もしない
いまだに地上でダークマター粒子を捕らえてない
さまざまな国の宇宙物理学者たちから構成された国際チーム
ハワイ島マウナケア山頂に2基の望遠鏡を擁するケック天文台のカンソクから
地球から6,500万光年の彼方にダークマターがほとんどもしくはまったく存在しない銀河を発見
同チームは、この銀河内に点在する、数百万個の恒星を含む球状星団と呼ばれる10個の非常に明るい塊の運動速度を観測した
その結果この銀河に含まれる恒星の質量が
銀河の回転速度を支えられることを示していた
同じ明るさの銀河と比較すると
イェール大学の宇宙物理学者ピーター・ヴァン＝ドッカムさん
「（この銀河は）せいぜい予測の400分の1しかダークマターを含んでいません」
この観測結果は宇宙物理学者が考えているダークマターの概念を変えてしまう可能性持も？
宇宙物理学者はいまのところ
銀河はダークマターによってつくられた足場の周りに形成されたと考えている
つまり恒星は、すでに存在しているダークマターの表面につくられる・・・
コロンビア大学の宇宙物理学者、エレミア・オストライカーさん
「ダークマターが集積し、通常物質のガスがそこに引き付けられ、それが恒星となり、やがて銀河が形成されると考えられています」
ヴァン＝ドッカムさん
「ダークマターを含まない銀河を見つけるなんて、矛盾した話です」
それは骨格のない人体を探すようなことなのだ
「そんなものをどうやってつくれるのでしょうか？ ダークマターなしで、どうやって銀河をつくれるのでしょうか？」
ただし、古い法則を投げ捨ててしまうのは時期尚早だとカリフォルニア大学アーヴァイン校の宇宙物理学者ジェームズ・ブロックさん
「NGC1052-DF2」という覚えにくい名前を付けられた問題の銀河は、別の銀河を周回している
そしてほかの銀河と同様、この銀河はダークマターを核にしてその表面上にできあがったあと
近くに存在している銀河がダークマターをはぎ取った可能性があると・・・
この過程を思い描くためには、ダークマターを恒星や惑星を形成する通常の物質ではなく、個々の粒子が薄く分布した状態と捉えたほうがいい？
「まるでダークマターの海のような液体を想像するほうがいいかもしれません」
ダークマターに関する現在主流の理論は
この粒子の海が銀河周辺を、まるで太陽を周回する彗星の軌道のような細長い楕円軌道で周回していると予測
ブロックさん
ダークマター粒子の軌道が極端なものになれば、近接する銀河の重力で弾き飛ばされる可能性がある
オストライカーさん
今回見つかったような銀河が例外的なものか
あるいは一般的なものかを見極めるのが肝要
宇宙物理学者らが似たような銀河を数多く見つけた場合は、ダークマターに関する現在の理論を見直す必要がある
現在主流の理論によると
ダークマターは（電磁気的な）相互作用をほとんど起こさない重い質量をもつ粒子（WIMP＝Weakly Interacting Massive Particle）でできており
それは陽子よりもわずかに重いと考えられている
ただしその理論では、ダークマターを含まない多くの銀河の存在を説明できない
ほかの理論のなかには、もう少しうまく説明できるものがあるかもしれない
例えばオストライカーが提唱した理論
いくつかの銀河はほんのわずかしかダークマターを含まず
そうした銀河内にあるダークマター粒子の質量は、暗黒物質の候補とされている「WIMP」の1,030分の1しかないと予測している
もし現在主流の理論が間違っているなら
地上でダークマター粒子を捕捉するための実験戦略にも影響が出るだろう
世界各地で、ダークマターが何から構成されているのか解明しようとする大規模検証実験が行われている
例えば、サウスダコタ州でのLUX-ZEPLIN（LZ）実験
ワシントン州でのADMX実験
イタリアのXENON1T実験など
これらは、検出器設計の手本として天文観測の手法を取り入れている
ちなみにLZ実験とXENON1T実験では、ともにWIMPの検知に液体キセノンを使用している
ADMX実験では、異なるタイプの検出器が必要な、WIMPよりも軽いアクシオンという別のダークマター候補の検出を試みている
ヴァン＝ドッカム率いるチーム
同じような銀河や、ダークマターに対する現在の理解では説明困難な現象の探査を続ける計画
同チームは2016年に、今回の銀河とは対照的な銀河を発見した
この銀河は回転速度が非常に速いため、全質量の99.99パーセントがダークマターだと結論付けられた
「この天体は反対の意味で驚きでした」
その銀河がどのように形成されたかについても、研究者はうまく説明できないまま
彼らはこうした奇妙な天体が、ダークマターに関するオストライカーやブロックのような理論物理学者の理解を深められる助けになればと考えている
ヴァン＝ドッカムさん
「わたしたちはダークマターについてほとんど何もわかっていなので、どのような新しい制約も大歓迎なのです」
・・・で・ソレがど～したの？
美味しいの？・・・
でも、こんなコトがあるんだ・・・という意識？
が全然関係なさそうな社会とかヒトとか
シャバなんかのトラエ方を変えたりする
今日は～
アサガオ
庭をハイズっていたツルに花が
なかなか・・・
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