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2000年3月17日『ルモンド』紙の記事の再掲

もし暗黒物質が光の経路を曲げるのなら、それは確かに存在する証拠である

遠方の銀河の画像が歪んでいることから、目に見えない巨大な物体の存在が裏付けられている。数十年にわたり、天文学者たちは宇宙の物質の90%を占める暗黒物質の存在を明らかにしようと努力してきた。この観測不能な物質の正体を説明するために、さまざまな仮説が提示されてきた。質量の大きな天体(褐色矮星)や素粒子(ニュートリノ)などがその候補である。しかし、それらの仮説は十分な説得力を持たない。そのため、まだ発見されていない理論上の粒子から成る可能性が示唆されている。天文学者たちは断言する。宇宙の90%の物質は、彼らの望遠鏡の視野から逃げている。写真に映るのは、銀河やその構成要素である数十億の星、空を彩る暗いまたは明るい星間ガス、そしてその生成メカニズムが完全には解明されていない巨大なエネルギーの閃光だけである。技術の進歩により、赤外線、紫外線、X線、ガンマ線といった新たな観測窓が開かれた。最近では、ニュートリノという一時的な粒子の観測が可能となり、宇宙の質量に大きく寄与している可能性が示唆されている。しかし理論家たちはよく知っている。それにもかかわらず、宇宙の大部分は天文学者のコミュニティから逃げ続けている。彼らが手に入れているのは、全体のわずか10%の限られた観測範囲に過ぎない。そのため、長年にわたり、宇宙の主要構成要素であるこの有名な暗黒物質の存在を明らかにしようと努力してきたのである。パリ天文物理研究所の研究チームが、フランスの天文学者(CEAサクレー、カナダ・フランス・ハワイ望遠鏡(CFHT)、マルセイユ宇宙天文台)および海外の研究者(カナダ、ドイツ、アメリカ)と共同で、この世界への新たな窓を開いた。その直前に、リチャード・エリス(ケンブリッジ大学・カリフォルニア工科大学)率いるイギリスチームと、タイソン(ベル研究所、ニュージャージー)率いるアメリカチームが、同様の結果を部分的に確認した。

研究者はどのようにして目に見えないものを克服し、暗黒物質の存在を確認したのだろうか? それは、巨大な質量(太陽や銀河団)の近くでは光が重力の影響で曲がるという原理を利用したからである。この仮説は何度も検証されてきた。しかし、天文学者たちは、暗黒物質が密度が低く、大量に存在すると仮定される場合にも、同じ効果が観測可能かどうかを疑問に思った。もしそうなら、その暗い物質は見えないままに、その存在を露呈するだろう。「宇宙規模の乱視」である。パリ天文物理研究所のヤニック・メリエール氏は説明する。「1991年、理論は、遠方の銀河などの物体が、その光の経路に巨大な暗黒物質の塊がある場合、わずかに歪んで、長楕円形の形を呈するだろうと予測していた。しかし、計算によれば、この宇宙的乱視の効果は極めて微弱であり、検出することはほとんど不可能に近いとされていた。」さらに、当時、仮に測定が可能になったとしても、その測定を検証する理論モデルがなく、またそれを実現できるほど高性能なカメラもなかった。その後、CFH 12Kカメラが開発され、カナダ人のルドヴィック・ヴァン・ワーケーはこの研究に適したデータ処理ツールを開発した。カナダ・フランス・ハワイ望遠鏡で撮影された約20万個の遠方銀河を5年間分析した結果、研究者たちはついに目的を達成した。CFHTが撮影した天の川の背景画像に、適切な処理を施した後、数百の水色の小さな楕円が現れる。これらはすべて銀河である。この現象が、銀河から発せられた光が重力によって曲げられた結果であると結論づけることができるだろうか?「確かにそうである」とヤニック・メリエール氏は答える。「光の経路に物質が存在しない(つまり重力効果がない)場合、楕円銀河も小さな丸い点として映る。一方、物質が存在する場合、画像は小さな楕円で満たされる。さらに、重力効果は銀河の配置を整える傾向がある。まるで磁石が磁場の線に沿って鉄粉を整えるようにである。」まだ知られていない素粒子。これらのわずかな歪みと銀河の再配置が、光が広がる空間に存在する、目に見えない微細な物質のフィラメントによって曲げられたことを裏付けている。この物質は、太陽や銀河団のように密度が高いわけではないが、その広がりが非常に大きい(1億~10億パーセク。1パーセクは3.36光年)ため、その効果は感知可能である。比較のために、私たちの銀河の最大径は3万4000パーセクにすぎない。フランスチームがコンピュータ上で再構成した3次元モデルでは、その効果は非常に鮮明である。私たちに届くまでの道中、光はこれらのフィラメントの近くで常に方向を変えている。これらフィラメントは、空間を占めるかのような「グリュイエール状」の構造を形成しており、宇宙の歴史を語り、その形成に伴う初期条件を明らかにしている。なぜなら、私たちの目には見えない暗黒物質は、星や私たち自身が構成される物質(バリオン)とは異なる性質を持っているからである。理論家たちは、この暗黒物質が、まだ発見されていない粒子(弱い相互作用粒子、アキソン、超対称粒子など)から成っていると仮定している。新たな扉が、天文学者たちの前にわずかに開かれた。2年後にCFHTで運用開始予定の、4倍も大きなカメラ「メガカム」(CEAサクレー開発)を使って、彼らはすぐにその扉を駆け込むだろう。さらに遠い将来には、直径1メートルの望遠鏡を100台ほど配置するネットワークの構築や、アメリカの爆発的星(超新星)に特化した衛星「スナップサット」の打ち上げが計画されている。この衛星は、暗黒物質の効果を追跡することも可能である。

ジャン=フランソワ・オジェロ