重力――目に見えないながらも普遍的な力――が遠方の銀河からの光を曲げたり歪ませたりすると、地球上の観測者は捉えどころのない宇宙現象を垣間見ることができる。そして、その現象が奇妙であればあるほど、その発見はより深い洞察をもたらす、と天文学者チームが最近発見した。
これらのグリッチは正式にはアインシュタインの十字と呼ばれています。遠方の銀河からの光が私たちの天文台に向かってくると、より近い銀河の重力によって光が曲げられ、十字のように並んだ4つの明るい点の像が作られます。しかし、天文学者たちはアインシュタインの十字に加えて、説明のつかない5つ目の像を発見しました。
研究者らは、さらなる分析の結果、「巨大な暗黒物質ハロー」がこの異常な宇宙のパターンを引き起こした可能性が高いことを明らかにしたと報告している。この研究結果は9月16日付けのアストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載された。
データの不具合ではない
天文学における多くの偉大な発見と同様に、研究チームは当初、別の研究対象を扱っていました。今回の場合、研究者たちはチリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）を、地球から116億光年離れた塵に覆われた銀河HerS-3に向けました。
すべては正常に見えたが、厄介な5つ目の物体がデータに現れ続けた。当初は、彼ら側の技術的な問題ではないかと疑った。しかし、どんなに努力しても5つ目の画像は消えなかった。
「『一体何だ？』と思いました」と、本研究の筆頭著者でフランス国立科学研究センターの研究ディレクターであるピエール・コックス氏はプレスリリースで振り返った。「十字架のような形をしていて、中央にこんな絵がありました。『こんなものは今まで見たことがない』と思いました」
「『まさかそんなことは起きないはずだ』と私は言いました」と、研究の共著者でラトガース大学の天体物理学者チャールズ・キートン氏は同じ発表の中で付け加えた。「光を曲げている質量に何か異常なことが起こらない限り、中央に5つ目の像が写るはずがありません。」
科学は暗い方向へ
その後、キートン氏とその同僚たちは、この5本の枝を持つアインシュタインの十字を捉えるために使われた重力レンズ効果のコンピューターシミュレーションを実行した。彼らは、「（目に見える）4つの銀河だけを使った合理的な配置」がデータに適合しないことに気づき、困惑した。
この構成が何か大きな目に見えない第五の質量を隠しているのでなければ、この画像は意味をなさない。そこで彼らはまさにそれを実行した。目に見えないものを追加したのだ。
具体的には、研究者たちは暗黒物質、つまり宇宙の85%を占めるとされる「失われた」質量を組み込んだ。暗黒物質の存在を示唆する証拠は数多くあるが、私たちがそれを認識できるのは、それが周囲の可視物体に及ぼす影響を通してのみである。
暗黒物質（この場合は太陽質量の数兆倍のハロー）を考慮すると、数学と物理学が見事に一致するとキートン氏は説明した。「それがモデリングの力です」と彼は付け加えた。「目に見えないものを明らかにするのに役立つのです。」
「自然の実験室」
混乱が解消された後、研究者たちはアインシュタインの十字の調査を本格的に開始した。重力レンズ効果は、背景の銀河と、その前景の銀河を取り囲む暗黒物質の両方を捉える稀有な観測手段だと研究者たちは説明した。
「このシステムはまるで天然の実験室のようです」とコックス氏は言う。「遠く離れた銀河と、その光を曲げている目に見えない物質の両方を研究できるのです。」
研究チームは現時点で、対象となる銀河の形状や運動学など、その物理的性質についていくつかの予測を行っている。また、論文によると、彼らは暗黒物質ハローと「関連する恒星からの放射」の定量的な限界を特定し、「下部構造の証拠を示す」ことを目指している。
ギズモードの宇宙特集をご覧の読者の皆様は、私が重力レンズ効果に深く感銘を受けたことを覚えていらっしゃるかもしれません。今回の最新の発見は、その理由を如実に示しています。この技術は、未だに多くの謎が隠されている宇宙最大の謎を解き明かす、計り知れない可能性を秘めているのです。
