南極点望遠鏡、5年間の天体観測で7000以上の未知の銀河団を発見
アルゴンヌ国立研究所が率いる物理学者チームは、南極点望遠鏡（SPT）が5年間の観測で検出した7000以上の銀河団のカタログを発表した。これは、宇宙最大の重力結合構造のこれまでで最も包括的な人口調査となる。
SPT-3G実験が南極のアムンゼン・スコット基地で収集したデータから構築されたこのカタログは、空の約4%をスキャンし、8892個の候補銀河団を特定した。そのうち7190個は、ダークエネルギーサーベイの光学・赤外線データを使用して確認された。確認された銀河団の約20%は以前のカタログに一度も掲載されておらず、サンプルの3分の2については、高温ガスが検出されたのは今回が初めてとなる。
望遠鏡は銀河を直接画像化する代わりに、スニヤエフ・ゼルドビッチ効果を追跡した。これは、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の古代の光が銀河団内部の高エネルギー粒子を通過する際に生じる微妙な歪みである。各銀河団はビッグバンのかすかな残光に映る影として現れ、従来の光学望遠鏡では見えないシステムを天文学者が検出できるようにする技術である。
新たにカタログ化された銀河団の一部は78億年以上前に遡り、宇宙がまだ比較的若かった時代の宇宙構造への窓を提供する。2017年にアルゴンヌで製造された16000個の検出器でアップグレードされたSPT-3Gカメラは、3つの周波数帯（90、150、220ギガヘルツ）で動作し、前任機に比べて感度が1桁向上している。
「このカタログは銀河団宇宙論の分野全体のマイルストーンであり、今後何年にもわたって多くのさらなる研究を支える可能性が高い」と、研究を主導したアルゴンヌの物理学者リンドゼイ・ブリーム氏は述べた。
シカゴ大学の大学院生ケイラ・コルノエルジェ氏によって大部分が実施された検出の慎重な検証により、候補銀河団が統計的ノイズではなく実際の天体物理学的オブジェクトであることが保証されている。この厳密さにより、他の研究者はダークマター、ダークエネルギー、大規模構造形成に関する自身の研究のためにこのカタログを基に構築する自信を得ている。
データの予期せぬひねり
銀河団の数の多さに加えて、調査はチームが予想しなかった何かを明らかにした。宇宙の歴史の初期の時代における銀河団からのダスト関連放射の顕著な増加である。このシグナルは、これらの巨大システムの周りでの星形成活動が宇宙時間を通じてどのように進化してきたかを示唆しており、最も大規模な銀河近傍でいつ、どのように星が灯ったかの理解を静かに再形成する発見である。
銀河団は重力によって結合された宇宙最大の構造であり、高温ガスと膨大な量のダークマターとともに結合された数百から数千の銀河を含んでいる。宇宙のサイズスケールの頂点に位置するため、ダークマター、ダークエネルギー、そして大規模構造が何十億年もの間にどのように成長したかに関する理論をテストするための敏感なプローブとして機能する。
「SPT-3G銀河団サンプルを用いて、過去100億年にわたる宇宙構造形成の進化を探ります」と、ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学天文台の上級スタッフ科学者でSPTコラボレーションのメンバーであるセバスチャン・ボケ氏は述べた。
今後の展望
チリのベラ・C・ルービン天文台と欧州宇宙機関のユークリッド計画による今後の観測により、さらなる確認と銀河団の質量測定の精密化がもたらされるだろう。これらのデータセットの組み合わせは、宇宙がどのようにして今日観測される広大なクラスター構造に成長したかの全体像を鮮明にすることが期待されている。
今のところ、SPT-3Gカタログは宇宙最大の構成要素の最も詳細な地図の1つとして位置づけられ、宇宙論の標準モデルの限界を試し、ダークエネルギーの性質を探る新たな銀河団宇宙論の時代の幕開けとなる。
出典： Universe Today / アルゴンヌ国立研究所
特集画像： ハッブル宇宙望遠鏡による銀河団Abell 1689の眺め。34時間以上の合成露出時間でAdvanced Camera for Surveysの可視光および赤外線データを組み合わせている。（クレジット：NASA、N. Benitez（JHU）、T. Broadhurst（Racah Institute of Physics/The Hebrew University）、H. Ford（JHU）、M. Clampin and G. Hartig（STScI）、G. Illingworth（UCO/Lick Observatory）、ACSサイエンスチーム、ESA）
雅子 訳