ＪＷＳＴ、暗黒物質分布図を最高解像度で描出　銀河団規模の精密構造を解明

米カリフォルニア大学リバーサイド校（ＵＣＲ）の研究チームは２０２６年１月２６日、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（ＪＷＳＴ：遠方の宇宙を赤外線で高精細に観測できる宇宙望遠鏡）を用いた観測により、史上最高解像度のダークマター（暗黒物質）分布図を作成したと発表した。重力レンズ効果（遠方の光源からの光が手前の質量によって曲げられる現象）を利用し、銀河団（数千個もの銀河が集まってできた、宇宙で最も大きな天体構造）規模の暗黒物質の微細な濃淡を精密に描画した。宇宙の全物質の約８５％を占めるとされる暗黒物質の正体解明に迫る成果だ。従来のハッブル宇宙望遠鏡（ＨＳＴ：可視光を中心に宇宙を観測してきた、ＪＷＳＴの先代にあたる宇宙望遠鏡）による観測と比較して、解像度は約５倍に向上した（ＵＣＲ発表値）。本成果は、宇宙論（宇宙全体の構造、起源、進化などを研究する学問）の標準モデルである冷たい暗黒物質（ＣＤＭ）理論（暗黒物質がゆっくりと動き、宇宙の大規模構造の形成に寄与するという主要なモデル）を検証する重要な足掛かりとなる。

重力レンズ効果を駆使、ＨＳＴ比５倍の解像度を実現

今回の観測では、地球から約数十億光年離れた巨大な銀河団を「天然の虫眼鏡」として活用した。銀河団に含まれる膨大な質量の暗黒物質が、さらに遠方の銀河から届く光を歪ませる重力レンズ効果を測定した。ＪＷＳＴが持つ高い近赤外線感度（目には見えない赤外線のうち、比較的波長の短い光を捉える能力）により、ＨＳＴでは検知困難だった微小な重力歪みを捉えることに成功した。その結果、銀河団内部に存在する小規模な暗黒物質の塊（サブハロ）まで特定した。地図の解像度は、ＨＳＴによる先行研究を４００％上回る水準に達した（ＵＣＲ調べ）。この高精度な地図により、暗黒物質の分布密度が銀河団の中心部で急激に高まる「カスプ」（銀河団の中心部に向かうほど暗黒物質の密度が急激に高まる構造）構造の有無を議論できるようになった。暗黒物質の挙動をこれほどの精度で可視化したのは世界で初めての試みである。

冷たい暗黒物質モデルを検証、銀河形成の謎に迫る

現代の宇宙論において、暗黒物質は銀河を形成・維持するための「骨組み」としての役割を担う。現在の主流派理論であるＣＤＭモデルは、暗黒物質が低速で動き、小さな塊が合体して大きな構造を形成すると予測する。今回の精密な分布図は、ＣＤＭモデルが予測するサブハロの数や配置と極めて高い整合性を示した。これは、宇宙の進化を説明する現行モデルの妥当性を強く支持する証拠となる。一方で、観測された一部の分布形状は、従来のシミュレーション値と約１５％の乖離（かいり）を見せた（研究チーム分析）。この差異は、暗黒物質が単に重力を及ぼすだけでなく、自己相互作用（物質や粒子が互いに直接力を及ぼし合うこと）を持つ可能性を示唆している。研究チームは、この微細な構造をさらに分析することで、暗黒物質の正体とされる未知の素粒子（物質を構成する最小単位の粒子）の特定を目指す。

日本企業のセンサー技術・解析能力に商機、データ爆増が追い風

今回の成果は、日本の宇宙産業にとっても重要な示唆を与える。まず、ＪＷＳＴのような超高精度観測には、浜松ホトニクスが強みを持つ高感度光センサー（微弱な光を効率良く電気信号に変換する部品）技術が不可欠だ。観測データの高解像度化に伴い、検出器（光や放射線などの物理的な信号を捉え、電気信号に変える装置）への要求水準は今後さらに高まる。また、ＪＷＳＴが生成する膨大な観測データの解析には、高度な計算資源とアルゴリズム（特定の課題を解決するための計算手順や命令の集まり）が求められる。富士通やＮＥＣが展開するスーパーコンピューターや、ＡＩ（人工知能）を用いた画像解析技術の需要が拡大する。実際に、今回の地図作成には機械学習（コンピューターがデータから規則性やパターンを自動的に学習し、予測や判断を行うAI技術の一つ）を用いたノイズ除去技術が活用された。国内のデータ分析企業が、宇宙科学分野のビッグデータ解析（非常に大量で多様なデータを分析し、新たな知見や隠れたパターンを見つけ出す技術）に参入する余地は大きい。さらに、ＪＡＸＡ（宇宙航空研究開発機構）が計画中の次世代観測ミッション（特定の目的を達成するための宇宙探査計画や観測計画）への技術フィードバックも期待される。観測機器の高度化は、宇宙利用の裾野を広げる経済的価値を創出する。

標準モデルの矛盾解消へ、次世代観測計画との連携が鍵

今後の課題は、今回の局所的な観測成果を宇宙全体に一般化することである。ＪＷＳＴは極めて狭い範囲を深く観測する特性を持つため、広域的な統計データの取得には限界がある。今後は、欧州宇宙機関（ＥＳＡ：ヨーロッパ諸国が共同で運営する宇宙開発機関）の暗黒宇宙探査衛星（宇宙に存在する未知の物質やエネルギーの正体を探るための人工衛星）「ユークリッド」や、米航空宇宙局（ＮＡＳＡ：アメリカ合衆国の宇宙開発計画を担う政府機関）が計画する「ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡」（ＮＡＳＡが開発を進める、広い範囲を高精細に観測できる次世代宇宙望遠鏡）との連携が重要になる。広域探査で暗黒物質の候補地を絞り込み、ＪＷＳＴがピンポイントで高解像度観測を行う「協調観測」（複数の望遠鏡や探査機が連携し、同じ天体を同時に、または異なる方法で観測すること）が主流になる。また、日本が参加する国際プロジェクト「すばる望遠鏡」（ハワイにある日本の国立天文台が運用する、大型の光学赤外線望遠鏡）の超広視野主焦点カメラ（ＨＳＣ：すばる望遠鏡に搭載された、広い範囲を一度に撮影できる高感度カメラ）によるデータとの照合も不可欠だ。宇宙の構成要素の正体を突き止めることは、人類の知の地平を広げる。それは、将来的な時空制御（時間や空間の性質を人工的に操作する、科学フィクションなどで描かれる技術）や新エネルギー源の探索といった、究極の技術革新につながる可能性を秘めている。

出典

- UC Riverside News: James Webb Space Telescope Reveals New Details About Dark Matter Universe