アインシュタインの一般相対性理論によれば、光は銀河などの質量の大きい物体の周りで曲がります。これにより、重力レンズ効果と呼ばれる現象が発生することがあります。重力レンズ効果は、背後にある物体からの光をより明るく、拡大し、歪ませます。
稀に、重力レンズは通過する光を分割し、複数の光が現れることがあります。このような現象は、分割された光の繰り返しが形作る形状から「アインシュタインの十字」と呼ばれています。
1990 年 9 月にハッブル宇宙望遠鏡によって観測されたアインシュタインの十字 G2237+0305。
写真：NASA、ESA、STSCI新たなアインシュタインの十字が最近観測され、科学論文で報告されました。この発見は、チリ北部に位置するアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）宇宙望遠鏡の研究チームが、ALMAなどの望遠鏡の観測データを用いて行ったものです。十字の光は、116億光年離れた銀河HerS-3から発せられており、重力レンズ効果はHerS-3と地球の間にある4つの巨大銀河によって発生しています。これらの巨大銀河は、約78億光年離れたところにあります。
重力レンズ効果は光源を分割するだけでなく、拡大することで、レンズの背後にある光源の詳細な観察を可能にします。これにより、研究チームは、HerS-3は明るいスターバースト銀河（爆発的な星形成を行っている銀河）のように見え、宇宙全体で星形成がピークに達していた時期に形成されたと述べています。また、HerS-3は傾斜した回転円盤を持ち、その中心からガスが猛烈な勢いで噴出していると研究チームは述べています。
「この天然の望遠鏡のおかげで、天の川銀河の10分の1の大きさ、約120億光年離れた領域まで拡大することができ、その過程で可視光線の中に隠れた物質を推測することができる」と論文の共著者であるヒューゴ・メシアス氏は声明で述べた。
巨大な暗黒物質ハローの発見
一見すると、HerS-3のアインシュタインの十字は、HerS-3と地球の間に位置する4つの巨大銀河による重力レンズ効果のみによって形成されたように見えます。しかし、重力レンズ効果の精密モデルを用いた研究結果から、研究チームは、これら4つの巨大銀河の観測可能な質量だけでは、十字の5つの像の配置を説明するには不十分であることがわかりました。これらの質量は、観測された視覚効果を生み出すには明らかに不十分なのです。
「観測された驚くべき構成を再現する唯一の方法は、銀河群の中心にある暗黒物質ハローという目に見えない巨大な要素を加えることだった」とパリ天体物理学研究所の筆頭著者ピエール・コックス氏は語った。
右側の四角い枠内の赤みがかった光は、HerS-3のアインシュタイン十字を拡大したものです。左側の枠内の明るい天体（G1～G4）は、重力レンズ効果を生み出している4つの巨大銀河です。黄色の星印（DM）は、4つの巨大銀河を含む銀河群における巨大な暗黒物質ハローの位置を示しています。
写真: P. COX 他 / アルマ望遠鏡 (ESO/国立天文台/NRAO) / NOEMAダークマターハローとは、重力によって自ら形成されたダークマターの塊です。HerS-3からの光に影響を与えるこのハローの質量は、太陽の質量の数兆倍に達すると考えられています。
暗黒物質は、宇宙に存在すると理論上は考えられているものの、可視光では観測できない物質であり、宇宙の総質量の約85%を占めると考えられています。研究チームは、HerS-3によって形成されたアインシュタインの十字が、初期宇宙における銀河形成における暗黒物質の影響を研究するための独自の手段となることを期待しています。
この記事はもともとWIRED Japanに掲載されたもの で、日本語から翻訳されています。
