われわれの宇宙には、クモの巣状に分布したダークマターの大規模構造［日本語版記事］がある。そして見えない網の目に沿うように、可視光で観測可能な銀河団が存在しているといわれている。

そのなかに、われわれが知覚できるとされる星や銀河などの普通の物質「バリオン」は、宇宙を構成するもののわずか4.6パーセントにすぎない。そのほかの95パーセント以上は、未知のダークマターやダークエネルギーで構成されているというのが、現在までに行われてきたさまざまな観測、モデル、シミュレーションなどで一致している見解である。

ところが、これまで実際に人類が観測により把握できていたのは、星や銀河、銀河団に存在する高温ガスを足し合わせても、4.6パーセントあるバリオンの半分ほど。では残り半分は、いったいどのような形態で、宇宙のどこに隠れているのだろう？

長らく天文学者らは、この「ミッシングバリオン」または「ダークバリオン」が、銀河団同士を繋げているダークマターの網の目構造（フィラメント）に、高温・低密度のガスとして隠れているのではないかと予測してきた。そして今回、偶然にも同時期に、同じ観測方法を使用したふたつの研究グループによって、フィラメント内のバリオン密度が測定された［論文1PDF］［論文2PDF］。隠れたバリオンの存在が、ようやく明るみになったのだ。

観測が非常に難しい「中高温銀河間物質」

「バリオンのほとんどは、水素やヘリウムの高温・低密度ガスです」と、『WIRED』日本版の取材に答えてくれたのは、ひとつめの論文の筆頭者である仏オルセー天文物理宇宙研究所の谷村英樹博士である。「これらの高温ガスは観測が非常に難しいと思われていましたが、スニヤエフ・ゼルドビッチ効果で観測可能な領域にあたるのです」

スニヤエフ・ゼルドビッチ効果とは、「ビッグバンの名残り」といわれている宇宙初期の観測可能な光（宇宙マイクロ波背景放射）と、銀河団内の高温ガスが衝突した際に起こるエネルギーの上昇のことをいう。この現象を逆手に取り、スニヤエフ・ゼルドビッチ効果によるエネルギー上昇を調べることで、これまで観測の難しかった銀河団内の高温ガスの存在を知ることができるのだという。

谷村率いる研究グループはスローン・デジタル・スカイサーベイから26万ペアの近傍銀河を、もうひとつの論文の筆頭者となったアン・デグラフのグループは100万ペアの遠方銀河を対象とし、銀河ペアを繋ぐフィラメント内に存在するバリオン量を測定した。

その結果、谷村のグループはフィラメント内のバリオン密度を周辺空間の約3倍、デグラフのグループは約6倍と結論づけた。つまり、星や銀河以外の膨大なバリオンが、高温の希薄ガスとして、銀河団をつなぐ巨大な網目構造、またはダークマターのフィラメントのなかに存在しているのだ。これを足し合わせれば、モデルが予測する大部分のバリオンが見つかった計算になるという。

「2つの研究チームの観測方法は、ほぼ同じです」と、谷村は言う。「違いは観測対象までの距離と、対象となるフィラメントの長さです。これら2つの研究結果を比べるには、フィラメントの進化を考慮する必要があります」

遠方にある銀河を観測するということは、より“若い”宇宙の姿を見ているということになる。つまり2つの研究グループは、宇宙の歴史におけるバリオンの状態を、異なるタイムラインで観測したことになる。

「もうひとつの研究チームの結果を知ったのは、彼らの結果が公開されたときでした。これらの違いをすべて含めても、これだけ観測結果が一致しているのは非常に驚きでした」

スニヤエフ・ゼルドビッチ効果はとても微弱な現象であるため、観測は非常に困難だといわれていた。だが、今回2つの研究グループが同時にたどり着いた技術を用いれば、低密度の物質を含めた宇宙の巨大構造全体が観測可能なことが証明された。

つまり、現在の技術で「宇宙マップ」の描写が可能だということだ。これにより、現在の宇宙論モデルは、より精緻なものに磨き上げられていくことだろう。

谷村は遠い未来に想いを馳せて言った。「500年後、人類は技術の発達によって、宇宙のはるか遠方に到達しているかもしれません。そのとき、われわれがつくり始めた宇宙マップは進化を遂げ、実際に宇宙旅行などに使われているかもしれませんね」