IPMU、重力レンズ現象を利用してダークマターの歪んで扁平な分布を確認

東京大学総長室直属の研究機関である数物連携宇宙研究機構(IPMU)は、すばる望遠鏡で観測された28個の銀河団画像について「強い」重力レンズ現象と「弱い」重力レンズ現象を組み合わせた解析を行うことで、銀河団内のダークマター分布をこれまでにない精度で明らかにしたと発表した。IPMUの大栗真宗特任助教を中心とする国際研究チームによるもので、成果は「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society」誌に掲載された。

ダークマターは重力宇宙の質量の大半を占める謎の物質だが、重力の影響は受けるので、重力レンズ現象を利用することでその空間分布を直接測定することが可能だ。今回の発見は、長らく論争が繰り広げられてきたダークマター分布の中心集中度における理論予言との矛盾に決着をつける重要な成果となったという。

重力レンズ現象とは天体の重力場により光の経路が曲げられる現象で、その現象の強さによって2種類に分類される。1つは「強い」重力レンズ現象と呼ばれる、背後の天体が大きく引き伸ばされたり複数に分裂したりして観測される現象だ。銀河団の中心部でのみ観測される(画像1)。もう1つは「弱い」重力レンズ現象で、これは背後にある多数の銀河の形状を平均することで重力レンズ現象を統計的に検出する手法だ。

この2つの重力レンズ現象を組み合わせることで、銀河団の中心部から外側の領域に至る広い範囲のダークマター分布を調べることが可能となるのである。

研究グループは、スローン・デジタル・スカイ・サーベイのデータから強い重力レンズ現象が観測される銀河団を多数発見し、それらをすばる望遠鏡主焦点カメラにより詳細に観測し弱い重力レンズ現象の解析を行った。

これまでにない規模で強弱重力レンズを用いた詳細な解析をした結果、従来の一部の主張とは反し、ダークマター分布の中心集中度は標準的な冷たいダークマター粒子を仮定した理論予言とよく一致することが明らかになったのである。

またダークマターの平均的な空間分布を測定し、ダークマター分布が球状ではなく大きくゆがんだ扁平な形状をもつ強い証拠も確認(画像2)。このような扁平なダークマター分布は、これまでの研究で明らかにされていたが、今回異なる手法を異なる銀河団サンプルに適用することで同様の結論を得たことになる。

なお、IPMUが推進する「SuMIRe(すみれ)プロジェクト」の主要な目標の1つは、銀河団分布の進化の観測からダークエネルギーの性質を詳細に調べることで、今回の研究成果はそのゴールに向けた重要な一歩となるという。