暗黒流動

Ia型超新星のデータを分析して暗黒流動の存在を否定


　宇宙に浮かぶ赤いガスの球体。近傍銀河で爆発したIa型超新星の残骸です。

　宇宙の外側にある観測不能な未知の構造が引き起こすと考えられている「暗黒流動（ダークフロー）」ですが、カナダ、ウォータールー大学の研究チームが、その存在に疑問を投げかけました。物質が同一方向に移動する不可解な動きを、超新星と既存の物理法則を用いて再検証しました。

　2008年、アメリカ、メリーランド州にあるNASAゴダード宇宙飛行センターの天体物理学者アレキサンダー・カシリンスキー氏らは、数百個の銀河団を測定し、観測可能な宇宙で、あらゆる物質が時速320万キロで同一方向に流れる暗黒流動を発見しました。既知の宇宙の先でも同様だと考えられています。

　この発見は、全宇宙質量の分布状況からは説明がつかなかったのです。そこで同チームは、ビッグバン直後に物質の塊が既知の宇宙の外に押し出され、その引力が宇宙を牽引している可能性があると考えました。

　2010年、同チームは2つ目の研究成果を発表しました。前回の2倍の数の銀河団を追跡調査した結果、暗黒流動は以前の報告よりもさらに遠く、地球から25億光年以上離れた宇宙まで及ぶ説を提唱したのです。

「正しいとすれば、暗黒流動は宇宙の概念を根本から覆す」とカシリンスキー氏は言います。既知の宇宙の外側に大質量の構造が存在すれば、私たちの住む宇宙が“多世界宇宙（multiverse）”というさらに大きな宇宙の一部であることの裏付けになるからです。

◆やはり他に宇宙はなかった？

　銀河団ではなく超新星を分析したウォータールー大学の研究でも、同一方向に流れる物質の動きが検出されましたが、超新星のデータからは、この物質は地球から約2億4000万光年先をわずか時速90万キロほどで移動していることが示されたのです。「ビッグバン理論の標準モデルから予想される値よりもわずかに速いのですが、宇宙の標準的な方程式と一貫しており、その差はたいした問題ではない」と研究責任者のスティーブン・ターンブル氏は説明しています。

　この流れの発生要因は宇宙の外からの力ではないというのです。宇宙内に存在する1個の巨大な超銀河団、複数の超銀河団からなる集合体、あるいは、まだ観測されていないが識別可能な物体などの引力に影響されていると説明できると言うのです。

そうであれば、この流動は“暗黒（ダーク）”ではないのです。既存のモデルでは説明できない論点を示す場合、物理学では暗黒という言葉を良く使います。

◆超新星が暗黒流動に光を照らす

　カシリンスキー氏による暗黒流動の研究では、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）のわずかな温度変化の観測によって銀河団の動きをとらえました。CMBはビッグバンのわずか38万年後に放射されたマイクロ波とみられており、現在も宇宙を飛び交っています。

　CMBは、銀河団内部のガスを通過すると温度が上がります。同チームはこの温度変化を観測して、銀河団の移動方向と速度を追跡したのです。

　一方、ターンブル氏はIa型超新星に焦点を当てました。Ia型超新星はどれも明るさがほぼ同じなので、宇宙の異なる場所にある物質の速度を測る指標「標準光源」として利用されています。

　ターンブル氏の研究チームは、245個のIa型超新星のデータを分析し、半径約2億4000万光年の仮想球内における物質の集団運動を導き出しました。「ある一定方向に動く時速は、89万6000キロでした。ただし、上下に時速27万4000キロの幅がある」とターンブル氏は述べています。

　この発見に対してNASAのカシリンスキー氏は、「動きの幅など、私たちの理論と矛盾する重要な点がいくつかあります。今後検証して1～2年以内にはっきりさせたい」と語っています。

　一方、ターンブル氏は、「測定の対象である銀河団と超新星は規模が異なるため、両方の結果は両立しにくいだろう。しかし、可能性はゼロではない」と話しています。

　この研究成果は、2011年12月にWebサイト「arXiv.org」に投稿されており、「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society」誌でも掲載される予定です。

Image courtesy ESA/NASA

National Geographic Newsより
January 23, 2012