フェルミ衛星データ解析が示す暗黒物質対消滅の可能性あるシグナル

現代宇宙論における根幹的な謎の一つが、その重力効果によってのみ検出される未知の物質、すなわち暗黒物質の存在です。この不可視の構成要素は、宇宙の質量・エネルギーの約27%を占めると推定されています。この度、東京大学の戸谷友則教授が発表した解析結果は、この謎めいた宇宙の構成要素を直接観測的に裏付ける、画期的な一歩となるかもしれません。

戸谷教授は、2025年11月26日に「Journal of Cosmology and Astroparticle Physics」誌上で、NASAのフェルミ宇宙望遠鏡が15年間にわたり収集した膨大なデータを処理した結果を公表しました。この解析により、天の川銀河の中心領域から発せられる、既知の放射源を全て差し引いた後に残るガンマ線残光が、ハロー状の構造を示していることが判明しました。検出された光子のエネルギーのピークは20ギガ電子ボルト（GeV）にあり、これは仮説上の弱く相互作用する重い粒子（WIMP）の対消滅プロセスによって理論的に予測されるスペクトルと驚くほど一致しています。

さらに興味深いことに、この観測結果は、WIMP粒子の質量が陽子の質量の約500倍程度である可能性を示唆しています。もしこのデータが確固たるものとして裏付けられれば、人類は初めて暗黒物質を「目撃」したことになり、素粒子物理学の標準模型を超える新しい素粒子の発見を意味します。暗黒物質の概念は、1930年代に天文学者フリッツ・ツビッキーが、渦巻銀河の運動異常を観測したことに端を発します。彼は、銀河団コマにおける観測された質量だけでは、重力的に系を維持するには不十分であると指摘しました。

その後、1932年にはオランダの天文学者ヤン・オールトも暗黒物質の密度推定を洗練させ、それが暗い恒星や隕石物質で構成されている可能性を示唆しました。しかし、今回の発見の持つ重大性にもかかわらず、科学界は慎重な姿勢を崩していません。銀河中心部のような高密度領域では、他のあらゆる天体物理学的な放射源を完全に排除することの難しさが指摘されているためです。

サリー大学のジャスティン・リード教授は、暗黒物質が豊富な矮小銀河から同様のシグナルが検出されていない点を指摘し、懐疑的な見解を示しました。また、UCLのキンワ・ウー教授は、これほど重大な主張には「並外れた証拠」が必要であると強調しました。戸谷教授自身も、最終的な確証を得るためには、暗黒物質の密度が高い他の場所、特に矮小銀河において、同一のスペクトル特性を持つガンマ線が検出される必要があることに同意しています。

WIMPの探索は、地上設置型検出器や大型ハドロン衝突型加速器（LHC）などを用いた数十年にわたる実験が行われてきましたが、いまだ決定的な結果は得られていません。一方で、LZのようなキセノンを用いた実験はWIMPの質量範囲について厳しい上限を設定してきました。2017年に設立されたGlobal Argon Dark Matter Collaborationのようなプロジェクトは、貴ガスを用いた検出器を開発し、他の質量範囲の探索を進めています。今回の最新の結果は、ほぼ一世紀にわたるこの科学的探求における、極めて重要な、しかし未だ検証を要する転換点となる可能性を秘めています。