ブラックホールを検出器として用いた暗黒エネルギー観測~天体観測で宇宙複屈折を測定する新手法~

2026-01-28 東京大学

東京大学大学院理学系研究科の直川史寛大学院生は、ブラックホールを駆動源とする電波銀河を検出器として用い、宇宙複屈折を測定する新しい天体観測手法を理論的に提案した。宇宙複屈折は、光の偏光方向が宇宙を伝播する間に回転する現象で、暗黒エネルギーや暗黒物質など未知の物理の存在を示唆する重要な手がかりとされている。従来主流であった宇宙マイクロ波背景放射(CMB)による観測では、望遠鏡固有の回転誤差や、回転が生じた宇宙時代を特定できないという課題があった。本研究では、電波銀河の偏光特性を利用することで、これらの問題を回避し、暗黒エネルギー起源であれば一意に定まる回転角の時間発展を検証できることを示した。将来、SKAなどで数十万〜百万個規模の電波銀河を観測することで、宇宙複屈折の独立検証と暗黒エネルギー検出の決定的証拠を得られる可能性がある。

ブラックホールを検出器として用いた暗黒エネルギー観測~天体観測で宇宙複屈折を測定する新手法~
CMB の光と天体の光が受ける宇宙複屈折による回転の概念図(Credit: Naokawa, higgstan.com)

<関連情報>

電波銀河を用いた宇宙複屈折トモグラフィーのユニバーサルプロファイル Universal Profile for Cosmic Birefringence Tomography with Radio Galaxies

Fumihiro Naokawa
Physical Review Letters  Published: 27 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/srfg-9fdy

Abstract

We propose a new method to tomographically probe cosmic birefringence using radio galaxies. We show that the redshift evolution of the cosmic birefringence angle induced by a slow-rolling pseudoscalar field, which is a candidate for dynamical dark energy, is independent of the detailed model of the pseudoscalar field. This universal profile evolves predominantly at z≲10. In contrast, if the origin is a dark matter-like pseudoscalar field, the resulting birefringence angle tends to be negligible in the low-redshift regime. This new insight provides a strong motivation to independently test the cosmic birefringence using polarized astrophysical sources such as radio galaxies. We find that a sample size of ⁢105–106 is required to distinguish the profiles, which is within the scope of ongoing and upcoming radio surveys such as ASKAP or SKA.

1701物理及び化学
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