科学者たちはチリのアタカマ宇宙論望遠鏡のデータを使い、空の4分の1にわたる暗黒物質の分布の詳細な地図を作成した。
この地図は、基本的に私たちが観測できる範囲の過去まで遡って質量分布を示す領域を示しており、暗黒物質のポートレートの背景として宇宙マイクロ波背景放射を用いています。研究チームの研究成果は、京都で開催されるFuture Science with CMB x LSS会議で発表されます。
「私たちは、目に見えない暗黒物質を空全体に広げ、最大距離までマッピングしました。そして、何億光年も離れたこの目に見えない世界の特徴をはっきりと捉えました」と、ケンブリッジ大学の宇宙学者ブレイク・シャーウィン氏はプリンストン大学の発表で述べた。「まさに私たちの理論が予測した通りのようです。」
暗黒物質は、宇宙の約27%を占める物質の総称ですが、直接観測することはできません。それが何であれ、それがそこに存在すると分かるのは、重力の影響があるからです。
暗黒物質の探査には、主に2つのアプローチがあります。地球ベースの実験と宇宙の広範囲な観測です。アクシオンや弱い相互作用をする巨大粒子（WIMP）など、数多くの暗黒物質候補の中から、暗黒物質を特定しようとする実験は数多く行われています。
しかし、暗黒物質を観測できる唯一の方法は、その重力効果が大規模に観測されるのと同じように間接的に観測することです。そこで登場したアタカマ宇宙論望遠鏡は、宇宙の年代をより正確に2021年に定めました。この望遠鏡の地図は、ダークエネルギーサーベイと南極点望遠鏡のデータを用いて今年初めに公開された宇宙の物質地図に基づいています。この地図は、通常の物質と暗黒物質の比率に関するこれまでの推定を裏付け、物質の分布がこれまで考えられていたほど密集していないことを明らかにしました。
この新しい地図は、アインシュタインの一般相対性理論における長年の懸念、すなわち超大質量ブラックホールのような宇宙で最も質量の大きい天体が、より遠くの光源からの光をどのように曲げるかという点に焦点を当てています。そのような光源の一つが、ビッグバンの余波から放射される、最も古い検出可能な光である宇宙マイクロ波背景放射です。
研究者たちは背景をバックライトとして効果的に利用し、宇宙の密度が高い領域を照らした。
「シルエットに少し似ていますが、シルエットがただ黒いのではなく、暗黒物質の質感や塊があり、まるで光がたくさんの結び目や凹凸のある布のカーテンを通して流れているようです」と、アタカマ宇宙論望遠鏡の所長でプリンストン大学の物理学者でもあるスザンヌ・スタッグス氏は大学の発表で述べた。
「有名な青と黄色のCMB画像は、約130億年前の単一の時代における宇宙の様子をとらえたスナップショットであり、今ではそれ以降のすべての時代に関する情報も提供してくれている」とスタッグス氏は付け加えた。
最近の分析は、暗黒物質がアインシュタインの重力理論に基づく宇宙論の標準モデルに適合するほど塊状であったことを示唆している。
ハワイ大学の天文学者で、2月に発表された暗黒物質マップの元となった研究の共著者であるエリック・バクスター氏は、ギズモードへのメールで、チームのマップは低赤方偏移（つまり、より最近の宇宙における近傍）に敏感だと述べた。一方、新しいマップは宇宙マイクロ波背景放射のレンズ効果のみに焦点を当てており、より高い赤方偏移とより広範なスケールを意味している。
「言い換えれば、私たちの測定とACTの新しい測定は、物質分布のいくぶん異なる（そして相補的な）側面を探っているのです」とバクスター氏は述べた。「したがって、今回の新しい結果は、これまでの結果と矛盾するのではなく、むしろ標準的な宇宙論モデルとの矛盾の可能性に関するパズルの重要な新たなピースを提供しているのかもしれません。」
「おそらく宇宙は、小規模および最近の時点（つまり、私たちの分析で調査した状態）では予想ほど凹凸がないが、より初期の時点およびより大きな規模では予想と一致している」とバクスター氏は付け加えた。
新たな観測機器は、宇宙の物質分布の解明に役立つはずだ。プリンストン大学の発表によると、アタカマ・シモンズ天文台に建設予定の望遠鏡は2024年に運用開始予定で、アタカマ宇宙論望遠鏡の約10倍の速さで天空の地図を作成するという。
同じくアタカマにあるベラ・ルビン天文台に史上最大のデジタルカメラが設置される予定で、地球上の天文台にとっては興奮の時期だ。
続き：新たな暗黒物質理論によれば、「暗黒ビッグバン」が隠された宇宙を創造したという
