数十年にわたり、宇宙学者たちは宇宙の物質の約17%が通常のバリオン物質（星や惑星、人間を構成する物質）であることを知っていた。問題はそれを見つけることであった。星やガスの直接観測では一貫して不足しており、予測総量の約半分しか説明できていなかった。
高速電波バーストを宇宙探査機として用いた新たな研究が、残りを突き止めた。それは当初から明白な場所に隠れていた。銀河間および銀河周辺に広がる拡散プラズマであり、標準モデルが予測したよりもはるかに大きなスケールに押しやられていたのである。
宇宙の懐中電灯としてのFRB
高速電波バーストは、銀河系外の源からのミリ秒単位の電波パルスである。宇宙を旅する際、電離ガス中の自由電子が信号を引き伸ばしぼやけさせる。これは分散と呼ばれる現象である。FRBが通過する物質が多いほど、その分散は大きくなる。
マサチューセッツ工科大学のHaochen Wang氏とKiyoshi Masui氏が率いるチームは、この原理を利用して不可視の物質をマッピングした。彼らはCHIME/FRBカタログ2に掲載された2,873個のFRBの分散測定値と、Dark Energy Spectroscopic Instrument Legacy Imaging Surveyによる約600万個の銀河の位置を相互相関させた。
論理は単純である。失われたバリオンが銀河間および銀河周辺媒質中の暖かい拡散プラズマとして存在するならば、銀河が豊富な領域を通過するFRBは系統的により高い分散を示すはずである。
物質の在り処
相関は明瞭であった。銀河が多く集まる場所ほど、FRBはより多くの拡散プラズマに遭遇し、失われたバリオンが銀河間物質と銀河を取り巻くハローに分布していることが確認された。
しかし、その分布は予想よりも広がっていた。銀河は現在のモデルが予測するよりもはるかに遠方へ物質を放出しているようであり、超新星や活動的な超巨大ブラックホールからのエネルギッシュなフィードバックによって外側に押し出されている。
「我々はより大きなスケールに押し出された失われた物質を発見している」とMasui氏は述べた。「これらの測定は、星の活動とブラックホールの活動が予想よりも強く、はるかに激しいことを示している。」
この結果は、銀河対を超えて広がるガスのフィラメントを検出し、バリオン密度プロファイルにおける強化されたフィードバックの証拠を発見したSunyaev-Zeldovich研究と定性的に一致している。
宇宙論のための新たなツール
Physical Review Lettersに掲載されたこの研究は、FRBがバリオン構造形成の強力な探査手段であることを示しており、観測範囲が拡大するにつれてさらに改善されるだろう。CHIMEは毎年数百の新しいFRBをカタログ化し続けており、次世代の電波干渉計は宇宙の通常物質の大部分を含む拡散銀河間物質に対してさらなる感度向上を約束している。
この研究の示唆するところは、銀河形成が標準モデルが想定するよりもはるかに激しく破壊的なプロセスであり、星やブラックホールがガスを銀河の可視境界をはるかに超えて押し出しているということである。
雅子 訳