宇宙の「失われた物質（missing matter）」の大部分が、宇宙網（コスミックウェブ）の最も希薄な部分に存在していることが、69個の正確に位置特定された高速電波バースト（FRB）を用いた調査によって明らかになりました。これにより、宇宙論における重要な課題であった、観測可能な物質の不足分を埋める包括的な棚卸しが進展しました。
高速電波バーストを用いて「失われた物質」の所在を特定
宇宙論において、陽子や中性子を含む「バリオン」と呼ばれる普通の物質の総量は、プランク衛星による宇宙マイクロ波背景放射の解析や、ビッグバン元素合成の理論によって厳密に制約されています。しかし、これまで星や冷たいガス、銀河団内の高温ガスなど、直接観測可能な物質を合計しても、初期宇宙の予測値に届かないという不一致が生じていました。この不足分は、実在しながらも極めて視認しにくい状態で宇宙に広く分布していると考えられてきました。
FRBが「宇宙の計量器」として機能する仕組み
研究チームは、遠方の銀河から届く短時間の強力な電波フラッシュである高速電波バースト（FRB）をプローブ（探査機）として利用しました。FRBの信号が地球に届くまでの過程で電離ガス（プラズマ）を通過すると、ガスに含まれる自由電子の影響で、低い周波数の電波が高周波数の電波よりもわずかに遅れて到達します。
この周波数依存の遅延から得られる「分散量（dispersion measure）」は、視線方向に沿った自由電子の総量に比例します。写真に撮れないほど希薄なガスであっても、このタイミングのシグネチャーとして記録されます。天文学者がFRBのホスト銀河を特定し、その赤方偏移を測定することで、信号が移動した距離と遭遇したプラズマの量を比較することが可能になります。
バリオン予算の再分配と宇宙の構造
今回の研究では、近傍から遠方まで広範なベースラインのプローブを用いることで、宇宙の特定の時代に依存せず、銀河間の蓄積された電子を調査しました。その結果、普通の物質（バリオン）の予算について、より精緻な区分が提示されました。
分析の結果、バリオンの76%が、銀河ハローの外側にあるフィラメントやボイド（空洞）を含む「銀河間」のカテゴリーに属していることが推論されました。なお、この76%という数値はバリオンのみの割合であり、宇宙全体の質量エネルギー予算における割合ではありません。宇宙全体の予算では、ダークエネルギーが約68%、ダークマターが約27%を占め、普通の物質は約5%に過ぎないとされています。
宇宙の「塊状構造」とフィードバックの影響
FRBは、物質の分布や「塊状（clumpiness）」の状態をたどることで、ダークマターの分布やダークエネルギーの影響、ニュートリノの質量を解明する手がかりになると期待されています。カリフォルニア工科大学（Caltech）のVikram Ravi教授と共に研究を行う大学院生のKritti Sharma氏は、FRBが宇宙の物質分布を調べるための主要なプローブであることを確立したと述べています。
また、研究チームの一員であるアリゾナ大学のElisabeth Krause氏は、天体物理学的なフィードバックによって放出されたガスが宇宙の構造を抑制し、物質の塊状状態を滑らかにする効果があることを分析しました。Krause氏によれば、このフィードバックによる平滑化の効果は、以前に測定されていた値よりも弱いことが判明しました。
今後の展望と観測体制の拡充
FRBを用いた宇宙調査はまだ始まったばかりであり、さらなるデータ蓄積が不可欠です。2007年以降に発見されたFRBは約85個とされていますが、今後の観測能力の向上が期待されています。
