科学者たちは30年をかけて、宇宙に存在するはずの「通常の」物質の半分を探し出そうとしてきた。新たな論文によると、この失われた物質をついに発見したという。これは、入射する高速電波バーストの測定によって可能になった発見だ。
「ビッグバンの測定から、宇宙の始まりにどれだけの物質があったかは分かっています」と、カーティン大学の天体物理学者で、ネイチャー誌に掲載された今回の論文の筆頭著者であるジャン＝ピエール・マッカール氏はプレスリリースで説明した。「しかし、現在の宇宙を観察してみると、そこにあるはずの物質の半分も見つけられませんでした。少し恥ずかしい思いでした。」
マッカール氏が「失われた物質」と呼んでいるのは、私たちが触れたり見たりできるバリオン物質のことであり、全く別の話である暗黒物質とは対照的です。中性子と陽子からなるバリオン物質は、惑星、人間、ホッキョクグマから雲、iPhoneに至るまで、私たちの周囲で検知できるあらゆる物質を構成しています。理論予測では、バリオン物質は宇宙の全物質の4～5%を占めるとされていますが、科学者たちはその約半分しか説明できず、これは宇宙規模の帳簿管理上の異常です。
新たな論文では、銀河間空間の奥深くに微量の密度で失われた物質を発見し、この謎を解いたと主張している。
「銀河間空間は非常に希薄です」とマッカール氏は述べた。「失われた物質は、平均的なオフィスほどの広さの部屋にある原子1～2個分に相当します。そのため、従来の技術や望遠鏡でこの物質を検出するのは非常に困難でした。」
失われた物質が広大な銀河間空間に漂っているのが発見されたことは、それほど驚くべきことではないが、科学者たちはこれまでそれを検出・測定することができなかった。著者らが言うところの「重粒子の国勢調査」が理論モデルと整合していることから、天体物理学者たちは安堵のため息をつくことができる。
この発見の鍵となるのは、高速電波バーストと呼ばれる奇妙な天体現象です。2007年に初めて発見されたFRBは、はるか遠くの銀河から発生する強力ながらも短時間のエネルギー閃光です。科学者たちはまだFRBの原因を解明しておらず、また、これらのパルスは一見ランダムに発生し、わずか数ミリ秒しか持続しないため、いつどこで発生するかも予測できません。
FRBを完全に理解しているわけではないかもしれませんが、確かに現実の現象です。そして重要なのは、そして今回の発見を可能にした進歩によって、科学者たちはFRBの銀河起源を驚異的な精度で特定できるようになったことです。これにより、FRBが発生地点から地球までの距離を測定できるようになったのです。これを可能にするツールは、オーストラリア連邦科学産業研究機構（CSIRO）のオーストラリア平方キロメートルアレイ・パスファインダー（ASKAP）です。これはパースの北800km（500マイル）に位置する電波望遠鏡です。
この能力を備えたマッカール氏と彼の同僚たちは、複数のFRBを分析し、これらのパルスが地球に到達するまでにどれだけの反発を受けたかを調べました。銀河間空間におけるバリオン物質の分布はまばらかもしれませんが、数百万光年も旅すれば、まれに自由電子に遭遇するはずです。これはバリオン物質の存在を示す決定的な証拠です。
ICRARのプレスリリースで指摘されているように、「FRBは完全に空の空間を通過する際、すべての波長が同じ速度で移動しますが、失われた物質を通過する際は、一部の波長の速度が低下します。」この手法は「視線方向に沿った電子列密度を決定し、すべてのイオン化された重粒子を考慮します」と研究の著者らは述べている。
測定された密度は、宇宙に存在する物質の量に関する既存の推定値とほぼ一致しました。驚くべきことに、宇宙全体のバリオン含有量を推定するのに、わずか6回のFRBしか必要ありませんでした。驚きです。
「高速電波バーストからの放射は、太陽光の色がプリズムで分離されるのと同じように、失われた物質によって拡散します」とマッカール氏は述べた。「私たちは今、宇宙の密度を決定するのに十分な高速電波バーストまでの距離を測定できるようになりました。」
https://gizmodo.com/did-scientists-just-find-a-missing-piece-of-the-univers-1826983782
2018年に発表された同様の論文では、研究者らが初期宇宙の原始光を研究し、失われた物質の起源を説明したと主張していた。今回の研究と同様に、この論文も通常の物質が隠れている場所として銀河間物質を指摘している。
ヨーロッパ南天天文台の天文学者マリヤ・リュベノワ氏はCNNに対し、チリにある2番目の天文台である超大型望遠鏡が今回の発見の鍵となったと語った。
「確固たる結論に至るには、全く異なる2種類の望遠鏡の相乗効果が必要でした」と、今回の研究には関わっていないリュベノワ氏はCNNに語った。「宇宙における通常の物質の分布は重要です。なぜなら、それが銀河、恒星、そして最終的には惑星が形成される枠組みを決定づけるからです。」
いつものように、独立したチームがこれらの結果を再現するのは喜ばしいことですが、私たちは確かに真実に近づいているようです。バリオン物質は隠れることができますが、私たちの最新の高性能望遠鏡からは逃げることはできません。
