3.3 重力レンズ効果：張力ポテンシャルが導く自然な結果

目次 ／ 第3章：巨視的宇宙

用語. 本節では、レンズに必要な「追加の引き込み」を二つの媒質効果に帰します。第一に、一般化不安定粒子（GUP）の存続期間に重なって働く微弱な牽引が平均化して生じる統計張力重力（STG）。第二に、解体／消滅の際に媒質へ注入されるエネルギーが**張力背景雑音（TBN）**として現れる効果です。以下、「不安定粒子」は一般化不安定粒子を指します。以降は、統計張力重力と張力背景雑音という表記のみを用います。

I. 現象と課題

• 弧から多重像へ。 遠方天体の光は前景の銀河や銀河団で曲げられ、弧、アインシュタインリング、多重像が生じます。より広い領域では、整列した弱いシアが多数の背景銀河の形状を緩やかに同方向へ伸ばします。
• 時間も「引き延ばされ」ます。 同一源の異なる経路は、到着時刻に数日〜数週間の差をもちます。これらの時間遅延は安定して測定でき、ほぼ無色（無分散）です。
• 細部の違和感。 フラックス比が滑らかなモデルから外れる、鞍点像が減光・消失しやすい、中心像が抑圧される、レンズ質量が環境依存で動力学質量を上回る――といった事実は、レンズが可視物質だけでなく媒質固有の構造にも応答していることを示唆します。

II. 物理的メカニズム

1. 地形としての見取り：張力ポテンシャルによる舵取り。
   宇宙は、張ったり緩めたりできる**エネルギーの海（Energy Sea）**のように振る舞います。前景の物体は、海面を内向きに引き下げる「張力ポテンシャルの地形」（盆地と斜面）を形づくります。光は海の中の指向性をもつ波束であり、より「費用」の小さい道（フェルマーの原理）をたどります。地形の斜面に沿うように波面がねじれ、経路が再配向されることで、偏向・増光・多経路像が現れます。真空かつ幾何光学の極限では、この再配向はほぼ無色です。周波数依存は、主としてプラズマを通過する場合や回折・干渉が効く波動光学の領域で現れます。
2. 滑らかな「付加斜面」：統計張力重力。
   可視物質が作る基礎的な内側の斜面に加えて、不安定粒子の存続期に働く微弱牽引が空間的・時間的に重なり、滑らかで持続的な付加斜面を与えます。
   • 焦点を支える強度。 内側の斜面と合わさって集光を強め、弧を長く、リングをより完全にします。
   • 環境と共振。 合体が頻発し、ジェットが活発で、せん断が強い領域ほど付加斜面は厚くなり、レンズ効果が強まります。静穏な環境では相対的に弱まります。
   • 視線積分効果。 レンズが「見る」のは視線上の地形の総和です。そのためレンズ質量は近傍運動から得る動力学質量を上回りがちで、とくに大規模構造が濃い方向で差が大きくなります。
3. 細かな暗いさざ波：張力背景雑音。
   不安定粒子が解体／消滅する際、広帯域で低コヒーレンスの微弱な波束が媒質へ注入されます。多数の波束が重なって拡散的な細かなテクスチャ、すなわち暗いさざ波が生まれ、光路に微小な撹乱を与えます。
   • 選択的な小突き。 とりわけ鞍点像が敏感で、減光・歪み・欠損が起きやすくなります。
   • フラックスの再配分。 フラックス比は帯域にほとんど依存せずに書き換わり、観測事実と整合します。
   • サブ構造の「見かけ」。 このテクスチャは余分な小天体の群れそのものではありませんが、像面に「サブハローが多すぎる／少なすぎる」と見える痕跡を残し、矛盾する事例を一つに説明します。
4. 時間の帳簿：幾何項＋ポテンシャル項。
   多重像の時間差は、遠回りによる増分（幾何項）と、斜面上での歩みの遅さ（ポテンシャル項、光学時間のかさ上げ）の和です。両項は周波数に依らないため、遅延はほぼ無色です。観測期間中に地形がゆっくり変化（団塊の成長や空洞の回復）すると、到着時刻に微弱で無色のドリフトが重なります。
5. 共有される一枚の地図：レンズ―回転―偏光の共読。
   レンズは2次元の経路再配向を、回転曲線は3次元の軌道の引き締まりを、偏光とガスの模様は稜線や帯状の回廊を描き出します。これらは空間的に対応づけられるべきです。斜面が深く、回廊が明瞭な側へ、多様な指標が同じ方向を指し示します。

III. 検証可能な予測とクロスチェック（運用形）

• P1｜無色散性。 プラズマ分散を取り除いた後は、強レンズ／弱レンズの偏向と時間遅延が、帯域をまたいで方向・振幅ともに一貫するはずです。顕著な色依存が出た場合は、まず媒質や波動光学的効果を疑い、地形そのものを疑うのは後回しにします。
• P2｜鞍点像の優先的異常。 フラックス比の異常は鞍点像に偏って現れ、細かなテクスチャの強さ（電波散乱、合体軸、衝撃前線などの代理量）と正に相関します。
• P3｜レンズ質量と環境の相関。 レンズ質量が動力学質量を上回る度合いは、視線上の大規模収束／せん断（例：κ/φ、宇宙せん断）とともに増えるはずです。これは統計張力重力の視線積分寄与の指紋です。
• P4｜多エポックの微小ドリフト。 激しい合体や強いジェットをもつ系では、像位置や遅延に年〜十年スケールの微小ドリフトが現れ、電波散乱の緩慢な変化と同相で進みます。
• P5｜マルチマップの照合。 同一視野で、弧／像、κ等高線、回転曲線残差、電波散乱、偏光主軸を重ねると、共在・共向のはずです。食い違いが出たときは、前景の除去やアストロメトリの位置合わせを先に点検します。
• P6｜パラメータ節約の当てはめ。 「可視の内側斜面＋統計張力重力の付加斜面＋張力背景雑音の細かなテクスチャ」の三層モデルで、像位置／形／増光／遅延を少数の共用パラメータで同時にフィットし、力学量や電波散乱で相互検証します。

IV. 従来説明との比較

1. 共通点。 いずれの立場も、弧・リング・多重像・時間遅延を説明し、支配的な状況ではほぼ無色の振る舞いを予測します。
2. 相違点（本図式の利点）。
   • より少ないパラメータ。 系ごとに見えない小塊の目録を用意する必要がありません。付加斜面と細かなテクスチャは、統一的な統計過程から自然に生じます。
   • 多観測の一貫性。 レンズ、回転、偏光、速度場が、同じ張力地図の上で相互に制約し合います。
   • 細部の自然な説明。 フラックス比異常、鞍点像の脆弱さ、環境依存のレンズ―力学質量ギャップは、斜面とテクスチャへの感受性から素直に導かれます。
3. 包摂性。 将来、新たな微視的成分が確認された場合でも、それは付加斜面の微視的起源として取り込めます。新しい物質を仮定しなくても、統計張力重力と張力背景雑音だけで、主要なレンズ現象は首尾一貫して説明できます。

V. 比喩：水面の谷と暗いさざ波

谷と斜面は、旅人（光）を通りやすい道へ導く張力ポテンシャルの地形に相当します。発生源が見えない暗いさざ波は張力背景雑音に相当し、像をわずかに震わせ、明暗の配分を入れ替えます。巨視的には谷が方向を定め、微視的にはさざ波が細部を整えます。

VI. 結論

• 統計張力重力が作る滑らかな付加斜面は集光を強め、弧・リング・多重像と全体の増光を説明します。
• 幾何項とポテンシャル項の和により、時間遅延はほぼ無色になります。
• 張力背景雑音の細かなテクスチャは像位置とフラックスを微調し、フラックス比異常、鞍点像の不安定性、サブ構造の「過多・過少」という見かけを説明します。
• レンズ質量が高めに出るのは、レンズが視線全体の地形を積分して読むのに対し、力学は近傍だけを読むためです。

レンズ効果を斜面（統計張力重力）と細かなテクスチャ（張力背景雑音）という媒質効果へ還元すると、弧・リング・遅延・フラックスパターン・環境依存性・回転や偏光との空間対応が、一枚の張力地図に収まります。仮定を減らし、複数地図の突き合わせを強めることで、統一的で検証可能な説明が得られます。