X線天文台が銀河間物質の欠落を発見

神秘的な暗黒エネルギーと物質は、それぞれ宇宙の 70% と 25% を占めています。残りは、星や銀河から惑星や私たち人間に至るまで、私たちが目にするものすべてを構成する共通の物質であり、わずか 5% にすぎません。天文学者らは、これが、基本的にバリオン（中性子や​​陽子などのクォークが3つある粒子）で形成される通常の物質の割合であると計算しました。これは、宇宙の歴史の中で最も古い光である宇宙マイクロ波背景放射の観測から、約38万年後に誕生したものです。ビッグバン。

非常に遠い銀河の観測により、宇宙の最初の数十億年間におけるこの物質の進化を追跡することが可能になります。しかし直後に半分以上が消えてしまう。 「失われたバリオンは、現代の天体物理学の最大の謎の一つです」と、今週『Nature』誌に掲載され、問題の解決策を提供する研究の筆頭著者であるファブリツィオ・ニカストロ氏は説明する。 「私たちはこの物質がそこにあるに違いないことを知っています。初期の宇宙でそれを見ていますが、その後、それを見失います。それはどこに行ったのでしょうか？」

彼らは、宇宙の歴史の中で最初の星がいつ現れたかを発見します

星とその原料である銀河に浸透する冷たい星間ガスは、一般物質の 10% にも満たないと推定されています。銀河を取り囲むハローからの高温拡散ガスと、重力によって結び付けられた最大の宇宙構造である銀河団を満たすさらに高温のガスを加えても、その割合は 20% に達しません。

この割合が小さいことは驚くべきことではありません。星、銀河、銀河団は、宇宙全体に広がる暗黒物質と普通の物質のフィラメントのネットワークである宇宙網の最も密集したノードで形成されます。これらの領域は密度が高いですが、希少でもあるため、最も宇宙的な物質を見つけるのに最適な場所ではありません。

失われたバリオンを求めて

そこで天文学者たちは、 「失われた」バリオンは宇宙の網の遍在するフィラメントの中にあるに違いないと考えたが、そこでは物質の密度が低く、したがって観測がより困難である。さまざまな技術を使用して、彼らはこの銀河間物質のかなりの部分、主にその冷温成分（数十万度のガス）を特定することができ、合計の割合はかなりの60％に上昇しましたが、全体的な謎は未解決のままです。残りの40%はどこにあるのでしょうか？

ファブリツィオ氏と世界中の他の多くの天文学者は、欧州宇宙機関(ESA) のXMM ニュートンやNASAのチャンドラなどの X 線天文台が利用可能になって以来、ほぼ 20 年間にわたって残存バリオンの痕跡を追跡してきました。科学コミュニティ。電磁スペクトルのその部分を観測することで、さらに遠い線源から放出されるX線を遮る、約100万度以上の非常に熱い銀河間ガスを検出することができました。

この研究のために、著者らは XMM ニュートンを使用して、中心に超大質量ブラック ホールを持つ巨大な銀河であるクエーサーを観察しました。クエーサーは、活発に物質を食い荒らし、X 線から電波まで明るく輝きます。彼らは、光が私たちに届くまでに40億年以上かかるこのクエーサーを、2015年から2017年までの18日間にわたって分析し、このクェーサーについてこれまでに行われた最長のX線観測となった。

「データを調べた結果、視線に沿った2つの異なる点で、私たちとクエーサーの間の熱い銀河間ガス中に酸素の信号を見つけることができました」とファブリツィオ氏は言う。酸素を含む、私たちが予想した量だけそこに堆積したので、最終的に宇宙のバリオン配列の失われたギャップを埋めることができます。」

新しい検索が始まります

この驚くべき結果は、新たな探索の始まりを示しています。これらの発見が本当に普遍的なものであるかどうかを確認し、この長年探し求められていた物質の物理的状態をさらに調査するには、さまざまな天文学的情報源からの新たな観測が必要となるでしょう。

ファブリツィオと彼の同僚は現在、今後数年間に XMM-Newton と Chandra を使ってさらに多くのクエーサーを研究する予定です。しかし、いわゆる暖かく熱い銀河間物質の分布と特性を完全に調査するには、ESAが2028年に打ち上げる予定の高エネルギー天体物理学用先端望遠鏡(アテナ)のような、より感度の高い機器が必要になるでしょう。

「との発見」

「次のステップでは、アテナのはるかに優れた感度が必要です」と彼は付け加えました。「その主な目的の1つは、暖かく熱い銀河間物質の研究であり、これにより構造が歴史の中でどのように成長するかについての理解が深まります」宇宙の。」

「私たちはXMMニュートンが、銀河間空間を何十万光年も広がる100万度の熱霧の中に隠された、この捉えどころのない物質の微弱な信号を発見したことを誇りに思っています」と研究している科学者の一人、ノーバート・シャルテル氏は強調する。 ESA のこの望遠鏡を使って、彼は次のように結論付けています。「これらのバリオンがもう失われていないことがわかったので、それらを詳細に研究するのが待ちきれません。」