ユークリッド、1年で過去の全探索を超える数の重力レンズを発見

欧州宇宙機関（ESA）の宇宙望遠鏡「ユークリッド（Euclid）」が、約1年にわたる天体マッピング観測で、これまでのすべての探索を合わせた数を超える強重力レンズを発見した。ESAが公開した最初の大規模データリリースには、約1万5000個の高信頼度レンズ候補が含まれている。それぞれのレンズでは、手前の銀河の重力が、より遠方の銀河の光を弧状やリング状、あるいは複数の像に歪めている。

この発見が重要なのは、重力レンズが「はかり」のような役割を果たすからだ。光の曲がり具合から、手前の銀河にどれだけの質量が存在するかがわかり、それには望遠鏡では直接観測できない暗黒物質（ダークマター）も含まれる。これまで天文学者たちは、こうしたシステムを一つずつ、まれに発見するたびに研究してきた。今回のような大規模なカタログがあれば、それらを集団として研究できるようになる。また、同じデータリリースには、暗黒宇宙のマッピングというより広範な研究に向けて、9億個以上の銀河が新たに追加されている。

「DR1-Foundation」と呼ばれる今回のデータリリースは、約1900平方度の空域をカバーしており、その面積は満月の約9500倍に相当する。そこには10億個以上のカタログ化された天体、6000万個以上のクエーサー候補、1億6000万以上の光源のスペクトル、そして約170万ギガバイトのデータが含まれている。それでも、これはユークリッドが観測を予定している領域のわずか14%にすぎない。

「強重力レンズは、暗黒宇宙に関する独自の洞察をもたらし、個々の銀河の『重さ』を、その目に見えない暗黒物質も含めて測ることを可能にし、宇宙がどのように膨張しているかを探ることを可能にします」と、ユークリッド・コンソーシアムのメンバーでレンズカタログ論文の筆頭著者であるポーツマス大学のナタリー・ラインズ（Natalie Lines）氏は述べている。

ユークリッドはいかにして9億個の銀河から1万5000個のレンズを選び出したか

重力レンズはまれである。数千個の銀河のうち、背景の光源と十分に正確に並んでレンズとして機能するのはわずか1個程度であり、またレンズ像の多くは地球の大気によるぼやけの影響で分解能が足りず、解像できない。ユークリッドは宇宙空間から、口径1.2メートルの鏡と2つの観測機器、可視光カメラで鮮明な画像を撮影するVISと、近赤外線画像を取得し光をスペクトルに分光するNISP、を用いて観測を行う。

探索は、今回のデータリリースに含まれる約9億個の光源から始まり、最初のカタログ選別を通過した6800万個の天体が対象となった。5つの機械学習モデルがこれらの天体をスコアリングした。最も有望なものは、Zooniverseプラットフォーム上でホストされている市民科学プロジェクト「Space Warps」に参加する約7000人の市民科学者に送られ、彼らは30万個の天体に対して450万回以上の分類を行った。最後に、67名のレンズ専門家が3万以上のシステムを精査し、等級を付けた。

この等級は重要である。1万5072個の高信頼度候補のうち、6073個は「確実なレンズ」とチームがラベル付けしたA等級、8999個は「可能性の高いレンズ」とするB等級である。さらに9010個のC等級「可能性のある」システムは別途公開されている。その後、ソフトウェアが各A等級およびB等級のシステムをレンズモデルで再現しようと試み、9500個以上のレンズについて、チームは距離と手前の銀河の物理的特性を推定した。

これらの手前の銀河のほとんどは大質量で、もはや新しい星を形成していない。それらは典型的な赤方偏移0.68に位置しており、これは宇宙の膨張によって光がどれだけ引き伸ばされたかを示す尺度で、地上望遠鏡によるこれまでのレンズサンプルが到達していた距離よりも遠方にある。

まれな発見から数千個の天体調査へ

最初の強重力レンズ、空に2度現れたクエーサー、が確認されたのは、今から約50年前のことだ。それ以来、地球から見える空の大部分をカバーする最大規模の地上サーベイによって、この銀河の背後に別の銀河があるタイプのレンズは約3000個しか見つかっていなかったと、ユークリッド・コンソーシアムは述べている。ユークリッドの1万5072個の高信頼度候補は、これまでのすべてのカタログを合わせた数を上回る。

それらのすべてが、同じ望遠鏡と同一の方法で見つけられた。レンズがさまざまなサーベイや選択方法から得られた場合、それらを比較するのは難しい。しかし、単一の均質なサンプルがあれば、大質量銀河の周りの暗黒物質が銀河ごとにどのように変化するかといった統計的な問いを立てることができ、数百個の不揃いなシステムでは答えられない。

空のカバー範囲の規模も新しい。コンソーシアムによれば、今回のデータリリースの領域は、ハッブル宇宙望遠鏡が35年間で観測した空の面積の約10倍にあたる。ユークリッドの以前のデータリリースには、約60平方度にわたる数日間の観測データが含まれていた。ESAのユークリッドプロジェクト科学者であるヴァレリア・ペットリーノ（Valeria Pettorino）氏は、この飛躍を「規模の変化」と表現した。

このカタログには、かつては一度きりの発見だった珍しいタイプも含まれている。1つの手前の銀河が異なる距離にある2つの背景銀河をレンズ状に歪める「二重光源面レンズ」の候補が84個、円盤銀河によって形成されたレンズ候補が1000個以上、そしてレンズ状クエーサーと活動銀河核が数百個リストアップされている。ユークリッド以前は、最初の2つのクラスについては知られている例がほとんどなかった。

データリリースにはレンズ以外の成果も

データとともに発表された他の論文は、その幅広さを示している。あるチームは、15個の暗い恒星系を初めて個々の星に分解し、そのうち5個は新発見だった。新たに発見されたものの一つ、こぐま座II（Ursa Minor II）は、天の川銀河のハローの中、約6万5000光年の距離にあり、恒星の質量は太陽の約40倍しかなく、既知の恒星系の中で最も光度の低いものの一つとなっている。

別の研究では、4000万個以上の星形成銀河の形状を測定した。このサンプルサイズは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いた同等の研究と比較して440倍から5万2800倍も大きい。低質量銀河の間では、細長い葉巻型の銀河は宇宙の年齢とともにまれになり、平らな円盤状の銀河が優勢になることが確認された。

DR1-Foundationが解決しないこと

ユークリッドの主な目標は、宇宙の加速膨張の原因不明の要因である暗黒エネルギー（ダークエネルギー）を測定し、宇宙の歴史を通じて暗黒物質をマッピングすることである。今回のデータリリースは、まだそれを実現していない。弱い重力レンズ効果のマップや銀河のクラスタリングなど、宇宙論に必要な測定はまだ準備中であり、最初の完全なデータリリースとともに公開される予定である。

レンズ自体もまだ候補の段階である。確実と評価されているのはA等級のシステムのみであり、発見チームは、専門家による等級付けは依然として主観的であるため、個々の検査者のバイアスを補正したと記している。また、探索では実際のレンズの一部を見逃している。チームは、この領域内の確定システムの約73%を発見したと推定しており、残りはおそらくより暗いか、より曖昧であるとしている。個々のシステムの確定には、スペクトル観測を含む追跡観測が必要となる。

科学論文はプレプリント（査読前の草稿）である。データとともに公開された8本の科学論文と18本の技術論文は、学術誌『アストロノミー＆アストロフィジックス（Astronomy & Astrophysics）』の特集号に掲載される予定であり、まだ査読を完了していない。

空のカバー範囲も部分的である。計画されたサーベイの14%という規模では、サンプルが全天を代表しているとは限らず、コンソーシアムの科学者たちは、データ処理を確認する過程で、データ品質が他と異なるいくつかの領域を発見した。

「これはユークリッドが最終的に提供しようとしているもののわずか14%にすぎませんが、10年以上前に約束された、ユークリッドが支える科学的取り組みの広がりが現実のものとなり始めていることが、すでに見て取れます」と、フランス代替エネルギー・原子力庁（CEA）の天体物理学者でユークリッド・コンソーシアムのリーダーを務めるマルク・ソヴァージュ（Marc Sauvage）氏は述べている。

ユークリッドの最初のデータリリースに関する質問

ユークリッドのDR1-Foundationリリースには何が含まれているのか？

約13か月分の観測データで、1900平方度の空域をカバー。約1万枚の科学画像、10億個以上の天体（9億個以上の銀河を含む）のカタログ、1億6000万以上の光源のスペクトル、約1万5000個の強重力レンズ候補、6000万個以上のクエーサー候補が含まれる。総データ量は約170万ギガバイトに上る。

強重力レンズとは何か？

大質量の手前の銀河が、そのはるか背後にある銀河の光を曲げることで形成され、背景の銀河が弧状、リング状、あるいは複数の像として現れる。光の曲がり具合から、手前の銀河の総質量（暗黒物質を含む）が明らかになり、また増光効果により、天文学者は本来は暗すぎて観測できない背景銀河を研究できるようになる。

ユークリッドはこれまでに何個の銀河をマッピングしたのか？

今回のデータリリースでは、計画された観測領域の約14%に相当する9億個以上の銀河がカタログ化されている。ESAは、ミッション全体で約15億個の銀河をカタログ化すると見込んでいる。

誰でもユークリッドのデータを利用できるのか？

はい。ESAは今回のデータリリースを公開しており、同機関の「Euclid Data Space」プラットフォーム上でホストされている。ユーザーはデータをダウンロードすることなく、画像、カタログ、スペクトルを探索、可視化、分析することができる。

ユークリッドはいつ暗黒エネルギーを測定するのか？

今回のリリースでは行われない。ESAとユークリッド・コンソーシアムは、弱い重力レンズ効果と銀河のクラスタリングに基づく最初の宇宙論的成果を、2027年半ばに予定されている最初の完全なデータリリースで発表する計画である。

宇宙論の成果は2027年半ばに

ユークリッドは2023年7月に打ち上げられ、2024年2月14日に定常サーベイ観測を開始した。今回のデータリリースに含まれる観測データは2024年春から2025年春にかけて収集され、ESAは2026年11月12日に公開した。最初の宇宙論的成果を含む完全なDR1は2027年半ばに、約3倍の空域をカバーするDR2は2029年に予定されている。

最初の強重力レンズである「Twin Quasar（二重クエーサー）」が確認されたのは1979年のことである。6年間のサーベイ期間の終わりまでに、ユークリッドは10万個以上の高信頼度レンズ候補を発見すると予想されており、それぞれが銀河の暗黒物質を量るための自然の「はかり」となる。

参考文献：Euclid Collaboration: Lines et al., “Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview,” submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

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