「宇宙の行方不明物質」、高速電波バーストでついに発見

MIT主導のチームは、カナダ水素強度マッピング実験（CHIME）が検出した数千のFRB信号について、この分散の度合いを精密に測定。次に、各FRBの分散値を、空に分布する銀河の既知の位置と照合した。銀河そのものによる寄与と、銀河の外にある希薄なガスによる寄与を分離することで、行方不明のバリオン物質が実際にどこに存在するのかを地図上に描き出したのである。

このアプローチが強力な理由は、FRBが宇宙の「背後からの照明」として機能する点にある。MITの清木聖（Kiyoshi Masui）氏はこう説明する。「高速電波バーストは銀河間物質の『霧』を貫通します。光がどの程度減速されるかを正確に評価することで、たとえ直接見ることができないほどかすかな『霧』であっても、その量を定量的に測ることができるのです」。

何が明らかになったのか

分析結果は、銀河の働きに関する理解を根本から変える、いくつかの驚くべき知見をもたらした。

行方不明物質は銀河群周辺の希薄ガスだった

行方不明のバリオン物質は、何かエキゾチックな形態をとっているわけではなかった。それは、銀河から遠く銀河間空間まで広がる、非常に低密度の「温かい高温ガス（WHIM）」の雲という形をとっていたのだ。

2025年に『Nature Astronomy』に掲載された補完的な研究では、すべてのバリオン物質の内訳が以下のように完全に説明された。すなわち、76%が温かい銀河間ガス雲、15%が銀河中およびその周辺の低温ガス、そしてわずか9%が私たちが見るすべての星と惑星を構成している。

ガス雲はシミュレーションの予想をはるかに超えて広がっていた

おそらく最も驚くべき結果は、観測されたガス雲が、標準的な宇宙論モデルに基づくほとんどのコンピューターシミュレーションが予測していたよりも、はるかに大きな距離まで銀河から広がっていることだ。この食い違いは重要である。シミュレーションは、宇宙論者が宇宙に対する理解を検証するための主要なツールの一つだからだ。

予想を超える銀河フィードバックの激しさ

ガスの広がりが予想以上に大きいという事実は、一つの根本的な原因を示している。それは、銀河内部のエネルギー過程が従来考えられていたよりもはるかに激しいということだ。銀河中心の超大質量ブラックホールは強力なジェットを噴出して物質を外側に弾き飛ばし、死にゆく星の超新星爆発も同様の効果を持つ。これらの複合的な力が、普通の物質を銀河間空間に大規模に放出しているのである。清木氏は次のように述べている。「これらの測定結果は、星の活動やブラックホールの活動が、予測よりもはるかに強力で暴力的であることを示しています」。

統計的ロバストネス

別のarXivプレプリント研究では、CHIME/FRBが検出した3,455のユニークなFRB源のデータを分析。その結果、銀河、弱い重力レンズ、宇宙マイクロ波背景放射レンズなど、10種類の大規模構造プローブとの間に統計的に有意な相関（2.6～5シグマの範囲）を確認した。これにより、赤方偏移（z）約1.5までの範囲で、拡散したバリオン網の検出が確固たるものとなった。つまり、このガスは数十億年にわたって存在し続けてきたことになる。

この発見が重要な理由

「行方不明バリオン問題」は、約20年にわたり天体物理学における最も根強い謎の一つであった。今回の解決は、宇宙論者が築いてきた基本的な宇宙像を検証するものだ。すなわち、普通の物質は確かに理論が予測した場所に存在していたが、従来の望遠鏡では見えない形であっただけなのである。

しかしこの発見は同時に、銀河シミュレーションに大規模なアップデートが必要であることも示している。ガスの分布が予想外に広いという事実は、モデルが、ブラックホールや爆発する星から周囲に注入されるエネルギー（ひいては銀河周辺の環境を形成するエネルギー）を過小評価している可能性を示唆するからだ。このことは、銀河の進化の理解から宇宙の大規模構造の測定に至るまで、広範な影響を及ぼす。

FRB宇宙論の次のステップ

CHIMEコラボレーションの取り組みは始まったばかりだ。2026年1月に公開された第2次CHIME FRBカタログにより、発表済みのFRB源の数は861から4,500以上へと飛躍的に増加した。新たなバーストが一つ検出されるごとに、宇宙のバリオン網を描き出すためのデータポイントが追加されることになる。

今後の研究では、FRBの数だけでなく、その正確な位置も活用される。CHIME/FRB Outrigger望遠鏡群によって、どの銀河群の周囲に行方不明のバリオンが存在するのかを正確に特定し、それらのガス雲の性質をより詳細に測定することが可能になる。