宇宙マイクロ波背景放射に隠された「ねじれ」の痕跡
ビッグバンから約38万年後、宇宙が透き通るようになった時、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の光子は水素原子と最後の相互作用を起こした。この「最後の散乱」により、光子は偏光状態を帯びることになった。その後13億年以上の時間をかけて地球に到達したこの古い光には、宇宙の根本的な性質に関わる情報が刻み込まれている。
宇宙マイクロ波背景放射の偏光には2つの基本的なモードがある。E偏光はある領域から放射状に広がるように見える方向性を持つ一方で、B偏光は周辺領域に対して相対的にずれる様子を示す。E偏光は2002年にDAISI干渉計によって初めて観測され、その後の温度変動パターンはPlanck衛星による観測結果と一致し、ビッグバンの理論を支持した。B偏光は2014年に観測されたが、BICEP2の発表をめぐる論争により複雑性が明らかになった。B偏光は重力レンズ効果で生じることが多い一方で、初期宇宙のインフレーション時に発生した原始重力波によっても起こりうるからである。
標準モデルに異議を唱える観測結果
標準宇宙論によれば、このような偏光は大規模で平均すると相殺され、全体的なバイアスは存在しないはずである。銀河の分布が宇宙全体で等方的であるのと同じ論理だ。だが2020年の研究では、ゼロではない偏光バイアスが検出された。これは宇宙複屈折と呼ばれる現象で、宇宙全体の光が統一的にねじられていることを意味する。もし確認されれば、標準モデルが不完全であることを示すことになる。
困難は、真の複屈折と観測上のバイアスを区別することにある。今回発表された研究は、この区別を可能にする新たな手法を提示した。Planck衛星が捉えた8つの偏光地図を複数の観測データセットに分割し、統計的に比較したのである。真の複屈折ならすべてのセットで同じシフトが現れるが、観測バイアスであれば各セットで変動するはずだという原理に基づいている。この方法を適用した結果、2020年に報告された小さな偏光シフトは宇宙由来の現象である可能性が高まった。
現段階では決定的な証拠には至っていないが、宇宙の均質性についての基本的仮定が誤っているか、ダークマターの未知の粒子が宇宙にねじれをもたらしているかもしれない可能性が浮上している。真相解明には、さらに多くの観測が不可欠である。
出典: Universe Today
