どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「探査機ニューホライズンズとハッブル宇宙望遠鏡が捉えた、起源不明の光」というテーマで動画をお送りします。

冥王星探査を行った探査機ニューホライズンズとハッブル宇宙望遠鏡は、宇宙を照らす起源不明の光を捉えました。

本動画ではまず、今回の動画で重要となる「宇宙可視光背景放射」という現象の説明をして、その後ニューホライズンズとハッブルが発見した光について詳細を解説をしていきます。

●宇宙可視光背景放射とは？

私たちの目にする可視光は、電磁波の一種です。

電磁波は波長毎に呼び名が異なり、可視光線より波長が長いものには電波や赤外線、短いものには紫外線やX線、γ線などがあります。

宇宙ではあらゆる場所において、あらゆる方向から、「宇宙背景放射」と呼ばれる電磁波が飛んできています。

宇宙背景放射には本来様々な波長の電磁波があり、電磁波毎にその起源が異なっています。

一般的に宇宙背景放射と言えば、電波の一種であるマイクロ波から成る「宇宙マイクロ波背景放射」が有名で、これを単に宇宙背景放射と呼ぶことも多いです。

宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙がビッグバンから始まったという現在の定説を強く裏付ける観測的証拠でもあります。

そのため他の波長の宇宙背景放射と比べても、極めて重要な現象となっています。

マイクロ波の背景放射に対して「宇宙可視光背景放射」とは、天の川銀河外からやってくる全ての可視光の総和です。

つまり宇宙可視光背景放射の起源は、電磁波で観測可能な宇宙の範囲内にある、可視光を放つ天の川銀河以外の全ての天体や現象ということになります。

○宇宙可視光背景放射の観測方法

一般的に背景放射は、宇宙由来の電磁波の総和から、背景放射ではない成分である「前景放射」を差し引くことで検出できます。

宇宙可視光背景放射の場合、宇宙から来る可視光の総和から、天の川銀河内から放たれた可視光(前景放射)を差し引くことで検出できます。

ただし地球近傍で可視光を観測すると、背景放射と比べて前景放射が約100～1000倍も強く、前景放射を差し引いて微弱な背景放射を検出することが非常に困難になっています。

可視光の場合、前景放射の中でも特に太陽の近くで観測される「黄道光」の成分が大きいです。

そのため可視光の背景放射を検出するために、太陽から遠く、黄道光が弱まる非常に暗い領域で観測を行うという手段があります。

実際これまでにパイオニア10号、11号など、いくつかの探査機が太陽から離れた、黄道光の影響を軽減できる領域において可視光背景放射の検出に成功しています。

中でも2006年に打ち上げられ、2015年に冥王星の探査を行った探査機ニューホライズンズは、太陽から60億～80億kmという、冥王星以遠の非常に暗い領域で可視光背景放射の検出に成功しています。

●ニューホライズンズの観測結果と解釈

天の川銀河外からやってくる可視光背景放射の成分は、既知の銀河や爆発現象などの「既知の光源からの光」と、暗く未発見の銀河や未知の物質・現象などの「未知の光源からの光」に分解できます。

よって既知の光源からの光の総和と、実際に観測された可視光背景放射の強さを比較することで、未知の光源からの光の強さを理解できることになります。

ニューホライズンズは史上最も太陽から遠い距離でかつてない精度で可視光背景放射の検出に成功しました。

可視光背景放射をさらに詳細に分解した結果、なんと既知の光源からの光の2倍もの強度の未知の光源からの光が検出されたそうです。

つまり起源不明の光が、既知の光源からの光と同程度の強度で届いていることになります。

○起源不明の光の強度から銀河の総数を推定

これまでのハッブル宇宙望遠鏡による深宇宙の観測結果から、電磁波で観測可能な宇宙にある銀河の総数は、約2兆個にもなると推定されていました。

一方、ニューホライズンズによる可視光背景放射の観測で得られた「未知の光源からの光」が、地球から見て非常に暗いために未発見の銀河からの光であると仮定すると、電磁波で観測可能な宇宙に存在する銀河の総数は「数千億個程度」と推定されています。

ハッブルのものよりも控えめな推定結果となっています。

それでもそれぞれの銀河に億単位、兆単位の恒星が含まれていること、そして電磁波で観測可能な宇宙は空間的な宇宙全体のほんの一部に過ぎない可能性が高いことを考えると、改めて宇宙の壮大さが伺えます。

○ダークマターからの信号の可能性も

また、2022年に発表された最近の研究によると、ニューホライズンズの観測で明らかになった「未知の光源からの光」は、なんとダークマターが由来である可能性もあるそうです。

ダークマター(暗黒物質)とは簡単に言うと、「光を全く放たないか物凄く暗いために光では観測できないものの、質量を持つため他の天体等に重力的な影響を及ぼす未知の物質」のことです。

様々な観測事実から、ダークマターの存在は科学者の間でも広く信じられています。

そんなダークマターの正体は未だ不明ですが、その最有力候補は未知の素粒子です。

ダークマター候補の未知の素粒子の一つに「アクシオン」があります。

アクシオンは強い磁場の中では光子(電磁波)に崩壊すると考えられています。

そしてニューホライズンズの可視光背景放射の観測で判明した「未知の光源からの光」が、アクシオンが崩壊することで放たれた光である可能性もあるそうです。

その場合、アクシオンの質量は8～20eVの範囲内である必要があることも、最近の研究で判明しました。

●ハッブル宇宙望遠鏡の観測結果と解釈

ニューホライズンズだけでなくあのハッブル宇宙望遠鏡も既知の天体からの光だけでは説明ができない、未知の光源からの光を検出しています。

SKYSURFというプロジェクトのチームによると、ハッブル宇宙望遠鏡が可視光で撮影した20万枚の画像から、既知の光源からの光を全て差し引いた結果、未知の光源からの光のデータを検出したそうです。

ハッブルが検出した未知の光源からの光は非常に微弱で、「全天に蛍が10匹いる程度」の明るさに過ぎないと表現されています。

ではハッブル宇宙望遠鏡の観測データから発見された由来不明の光の起源は何なのでしょうか？

ハッブルの画像から得られた起源不明の光は非常に微弱であるものの、探査機ニューホライズンズが冥王星以遠で得た起源不明の光と比べると明るいものになります。

このことから、ハッブルが捉えた起源不明の光が、ニューホライズンズが調査を行った冥王星以遠よりも内側の領域を照らしていることが示唆されます。

正確な起源は不明ですが、その候補として、冥王星以内の太陽系領域全体を包み込む未知の塵の殻が存在し、それが太陽光を反射している、という説があります。

塵の殻はあらゆる方向から太陽系内に落下してくる彗星が残した残骸である可能性があるようです。

この仮説が本当なら、太陽系内に新たな構造が追加されることになるかもしれません。

ニューホライズンズとハッブル宇宙望遠鏡が捉えた光は起源が不明であるものの、確かにそこに実在するものです。

これをさらに調べれば、宇宙の本質にかかわる驚くべき新事実が明らかになるかもしれません。