宇宙の大規模構造のガスの温度は、約80億年の間に3倍近く上昇 – Kavli IPMU | 私蝶ニュース

東京国際高等研究所宇宙物理学、数学研究所（Kavli IPMU）は11月11日 “スニヤリにした後・ジェルもヴィッチ効果」の影響を分析することにより、宇宙の大規模構造の進化に伴うガスの温度変化を調べた結果、この模倣構造中のガスの平均温度は、過去80億年の間に3倍程度上昇し、現在では約200万Kに到達することを明らかにしたと発表した。

この成果は、Kavli IPMUの真喜屋の特任研究員（現Kavli IPMU客員助教授科学研究院/台湾中央研究院天文及天文章物理研究所博士研究員）、マックスプランク天体物理学研究所の小松英一郎所長（Kavli IPMU主任研究員兼任）、ブルースメナKavli IPMU客員科学研究院（ジョンズ・ホプキンス大学教授兼任）米国オハイオ州立大学のYi-Kuan Chiang研究者の国際共同研究チームによるもの。詳細については、米国天体物理学専門誌「The Astrophysical Journal」に掲載された。

誕生直後の宇宙は量子力学的な動きとインフレによる小さな密度の揺れが存在していると信じている。 この密度の揺れは、現在では「宇宙マイクロ波背景」（CMB）に若干発生する揺れ（温度の揺れ）に対応していると考えることができる。 現在の標準的な理論が宇宙初期の小さな密度揺れが種子がされて周りの暗黒物質とガスを引き寄せ銀河と銀河団が生まれ網目状に広がる宇宙の大規模構造を形成してきたしたします。

現在は観測も進み、2019年にノーベル物理学賞を受賞したジェームズピーブルズ博士の説は有力なものとなっているが、一方で、宇宙の大規模構造の形成には、まだ多くの謎も残っている。 だから国際共同研究チームは、今回の宇宙の大規模構造の進化に応じて、大規模な構造の中で、ガスの温度の平均値がどのように変化してきたのかを分析した。

分析には、CMBの高精度測定を目的とし、欧州宇宙機関が打ち上げた宇宙望遠鏡」プランク」と米国ニューメキシコ州、Apacheポイント天文台のスローン財団望遠鏡を用いた3次元宇宙地図作成プロジェクト」スローンデジタルスカイサーベイ」で得られた200万点に達する天体分光観測データが使用された。これらの2つの観測プロジェクトのデータを組み合わせスニヤリにした後・ジェルもヴィッチ効果を利用した分析が行われた。

スニヤリにした後・ジェルもヴィッチ効果は、物理学のラシードスニヤリに後遺症親子後・ジェルもヴィッチによって理論的に最初に提唱された効果のものである。 この効果は、CMBの光子が宇宙の大規模構造を通過するときのような構造内にガスに存在する高温の電子によって散乱されることで生じる。 この散乱してCMB光子は、高温電子のエネルギーを受けて、その結果として、宇宙の大規模構造を通過しなかった他の光子に比べて高いエネルギーを持つようになるだろう。

この光子のエネルギー変化を分析して、大規模な構造中の高温電子ガスを視覚化することが可能である。 スニヤリにした後・ジェルもヴィッチ効果の強さは、高温電子ガスの熱圧力に比例する。 したがって、それを分析して、大規模な構造中の高温電子ガスの温度を測定することができるものである。

分析の結果、約80億年前（赤方がz = 1）ガス中の電子の平均気温は約70万Kだったが、今日は3倍近い約200万Kまで上昇していることが確認された。 また、理論モデルと比較した結果、このガスの温度進化は宇宙の大規模構造の形成に伴う衝撃波による加熱でほぼ説明されていることがわかったならない。

今回の研究を通じてスニヤリにした後・ジェルもヴィッチ効果が宇宙の大規模構造の形成に伴うガスの温度の変化を調査する方法で使用することができていることを観測データの分析から具体的に説明することができるとする。 この技術は、今後の宇宙の大規模構造形成の詳細を理解に役立つ精密宇宙論の理論的理解の貢献にもつながる道を開拓したとした。

• 測定された宇宙の温度の変化を示す図。 横軸は、右が現在の左に行くほど、現在から遡ってどのよう過去の宇宙日誌が表示されている。 データポイントは、測定値が表示されて赤で覆われた領域は、実際のモデルが示す範囲である。 青い正方形で囲まれた領域は、ガスを加熱する宇宙の大規模構造の重力エネルギーの推定値が表示されている。 この値は、現在の測定された宇宙の温度を説明することができるとする。 （c）Chiang et al./注：Chiang、Makiya、Ménardand Komatsu、Astrophysical Journal、902、56（2020）（出典：Kavli IPMU Webサイト）