人間の目に見える宇宙の外では、その組成の約 95% は目に見えない暗黒物質と暗黒エネルギーから来ています。それらは光を発することも直接検出することもできませんが、重力や宇宙の膨張を通じて銀河や大規模構造の進化に静かに影響を与えます。最近、シカゴ大学とその他の機関で構成される国際チームは、ダークエネルギーカメラ（DECam）を使用して、数億の銀河の形の弱い歪みの統計分析を実施し、全空の約3分の1をカバーする「目に見えない宇宙」の新しい地図を描き、現在の主流の宇宙論モデルをテストするための重要な証拠をもたらしました。

この研究は、2013年から2019年までのダークエネルギー調査（DES）観測に基づいています。チリのセロ・トロロ・インターアメリカン天文台にある4メートルのブランコ望遠鏡に設置されたダークエネルギー・カメラは、全天の8分の1に相当する約5,000平方度の空をカバーする1億5,000万個以上の銀河の形状を正確に測定しました。これまで、これらのデータは、「Λ冷たい暗黒物質」（ΛCDM）の標準宇宙モデルをテストする際に中心的な役割を果たしてきたが、最新の結果では、カメラによって捕捉された、もともとDESの公式調査領域内になかった多数の画像がさらに解析に組み込まれ、弱い重力レンズ研究に使用できる銀河の数がほぼ2倍になった。

研究チームは新たな解析で、1億個以上の銀河の形状を測定し、スペクトルの赤方偏移から地球からの距離を推定することで、天空の銀河の投影分布と3次元の深度情報を同時に把握した。これらの銀河の光が宇宙を通過するとき、その途中で物質の重力によってわずかに「引っ張られ」、地球の望遠鏡の画像では非常に微細な形状のせん断として現れます。この効果は「弱い重力レンズ」と呼ばれ、宇宙内の物質の分布を推測し、暗黒物質の塊の程度と暗黒エネルギーの役割を調べるための重要なツールです。

「DECADE」宇宙せん断プロジェクトと呼ばれるこの研究では、科学者たちはこれらの形状と距離のデータを使用して ΛCDM モデルを適合させ、時間の経過に伴う宇宙構造の成長速度がモデルの予測と一致するかどうかに焦点を当てました。研究結果は、この独立したデータセットを使用して得られた宇宙の「塊性」パラメーターが、以前の弱いレンズ測定と一致しており、宇宙マイクロ波背景放射から推定された初期宇宙パラメーターともよく一致していることを示しています。ここ数年物議を醸してきた「宇宙後期と初期宇宙の間に明らかな緊張関係」があるという証拠は見つかっていない。

同チームはまた、DECADEの弱いレンズ測定と元のDESデータを組み合わせて、これまでで最も多くの銀河と最も広い空の領域をカバーする銀河レンズ解析サンプルを構築した。そのサンプルは合計約2億7千万個の銀河で、全天の約3分の1に相当する約13,000平方度の空をカバーしている。このような大規模なサンプルのおかげで、研究者は、系統誤差が最小限で最も信頼できるデータ ポイントのみを使用して、より保守的な品質管理戦略を分析に採用しながらも、宇宙マイクロ波背景放射の結果と正面から比較するのに十分な高精度の制約を得ることができます。

この研究は、最初から弱いレンズのために設計された長期専用の観測計画ではなく、天文学界が他の科学的対象のために以前に撮影し、アーカイブに散在していた多数の歴史的画像を使用したため、研究者らによって「型破りな弱いレンズの調査」と評されました。従来のソリューションでは、特定の厳格な画像品質基準を満たさない大量の写真が破棄されてしまいます。しかし、DECADEチームは系統誤差を厳密にテストするという前提の下、より緩やかなスクリーニング条件を採用し、「レンズ用に生まれた」データではないデータであっても、慎重な校正と品質評価を受けている限り、堅牢な宇宙論的解析をサポートできることを証明しました。

ダークエネルギーカメラ自体には62個の超高感度CCD検出器が搭載されており、これまでにない深さで宇宙の深宇宙を撮影することができます。現在の弱いレンズと暗黒エネルギー研究の中核施設の 1 つです。このプロジェクトでは、シカゴ大学フェルミ研究所、イリノイ大学国立スーパーコンピューティング応用センター、アルゴンヌ国立研究所、ウィスコンシン大学マディソン校、その他の機関の科学者が協力して、データ検索、画質の手作業によるレビュー、形状測定方法、宇宙論的統計分析において共同部隊を結成し、これらの「再発見された」アーカイブ観測を新たな宇宙論的兵器に変えました。

新しくリリースされた成形銀河のカタログは科学界に公開され、すぐに宇宙論および天文学界の注目を集めました。矮小銀河の研究や宇宙の質量分布のマッピングなど、多くのテーマで使用されています。研究者らは、ベラ・ルービン天文台の「時間と空間の遺産調査」（ルービンLSST）のような大規模プロジェクトが将来開始されるにつれ、今回の経験は、「​​完璧な」サンプルだけでなく利用可能なすべての画像をうまく活用することで、暗黒物質と暗黒エネルギーの特性の測定精度が大幅に向上し、この「95％が目に見えない宇宙」を理解するためのより明確な手がかりを提供することが期待されることを示していると述べた。

/ScitechDaily から編集