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巨大な「宇宙の網」が発するX線

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銀河団を網のように結ぶフィラメント構造に含まれる高温プラズマからの熱放射が、X線サーベイ観測の分析で検出された。宇宙の奥深くに隠された物質を探す手がかりになるかもしれない。

【2023年1月12日 カブリIPMU】

銀河は集団化して銀河団を形成し、その銀河団同士もフィラメントと呼ばれる細長い構造でつながっている。フィラメントの間には銀河が存在しない領域が広がっていて、このような宇宙の大規模構造は「宇宙の網」とも呼ばれる。

宇宙に存在する物質やエネルギーの大部分は、直接観測できないダークマターとダークエネルギーで占められているとされ、通常の物質（バリオン）は4.9%しかない。そうしたバリオンの所在地を宇宙の網で探すと、銀河に含まれているのは1割だけで、残る9割は銀河団内部などを満たすガスであることがわかっている。ところが両者を含めても、宇宙に存在するはずのバリオンの半分から3分の1は見つかっていない。

カブリIPMUの谷村英樹さんたちの研究チームは、この「ミッシングバリオン（消えたバリオン）問題」に取り組んでいる。消えたバリオンの所在地として有力視されているのは、フィラメントに含まれる比較的高温でプラズマ化したガスだ。これまでの研究で、30年前のX線観測衛星ROSATによる全天サーベイデータを分析し、フィラメントの高温プラズマの熱放射によるX線を初めて検出したとする成果を2020年に発表していた。

宇宙の網のX線放射
宇宙の網からのX線放射。明るい部分が銀河団で、宇宙フィラメントが黄色い線で示されている（提供：Tanimura, Aghanim (CNRS) & eROSITA）

今回研究チームは、露独のX線天文衛星Spektr-RGに搭載されたX線望遠鏡「eROSITA」の観測結果を分析した。分析に使われたのは、eROSITAによるX線サーベイで最初に発表された140平方度（全天の約300分の1）のデータで、463個のフィラメントからのX線が検出された。X線は高温プラズマからの熱放射であることが確認され、プラズマの密度や温度をとらえることにも成功している。

プラズマがフィラメントの中でどのように分布しているか、熱放射の起源がどこにあるかについては明らかになってない。今後公開されるeROSITAの観測データや次世代のX線観測装置がフィラメントのプラズマに迫り、消えたバリオンの全容解明につながる情報が得られると期待される。

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