少なくとも 1920 年代以来、宇宙には肉眼で見えるよりも多くの物質が含まれているという仮説が天文学の世界に浸透してきました。 1930 年代、スイスの天文学者フリッツ ツヴィッキーは、遠く離れた銀河団内の銀河が、目に見える質量から予想されるよりも速い速度で互いに公転していることに気づきました。彼は、暗黒物質と呼ばれる目に見えない物質が重力によってこれらの銀河を互いに引き寄せている可能性があると提案しました。
この不可思議な問題についてはまだ証拠がなかったため、この考えは支持よりも証明するのが困難でした。ハッブルやケプラーのような強力な望遠鏡を使ってもまだ検出されていませんが、その存在は常に確率ではなく、強い可能性がありました。宇宙の質量の約 85% は科学者が見ることができない物質で構成されています。さらに問題を複雑にしているのが、暗黒物質は光もエネルギーも放出しません。それでは、それは宇宙の研究にとって重要なのでしょうか？
「星の動きは、それがどれほど重要であるかを教えてくれる」と、ほぼ完全に暗黒物質で構成されているドラゴンフライ 44 銀河を特定したチームを率いたイェール大学の研究者ピーター・ファン・ドックム氏は語った。
1. 暗黒物質とは何ですか?
確かなことは誰にも分かりません。一部の科学者は、それが小さくて暗い星やブラックホールで構成されているとさえ推測していますが、詳細な観察では、暗黒物質が他の天体に与える影響を説明するのに十分な天体は明らかにされていません。
最も受け入れられている仮説は、低相互作用大質量粒子（英語では WIMP）と呼ばれる仮想元素によって形成されており、10 倍から 100 倍重いことを除けば中性子のように振る舞うというものです。
2. 暗黒物質を検出できるか?
もし暗黒物質が WIMP でできているとしたら、それらはどこにでも存在し、目に見えず、ほとんど目立たないことになります。通常、ダークマター粒子は通常の物質と相互作用することはありませんが、仮説としては、ダークマター粒子が宇宙を移動するときに陽子や電子に衝突する可能性があります。そのため、研究者らは数十年にわたり、地下深くで暗黒物質と粒子の衝突を模倣する可能性のある干渉放射線から粒子が保護された状態で、多数の一般的な粒子を研究する実験を行ってきた。信頼できる発見はまだ得られていない。
2019 年初め、中国の PandaX 実験で、最新の WIMP の不検出が報告されました。
3. 暗黒物質は複数の粒子で構成されていますか?
陽子、電子、中性子については誰もが聞いたことがあるでしょうし、ニュートリノ、ミューオン、パイオンを知っている人もいます。そこで研究者らは、暗黒物質も複雑ではないかと疑問を抱いている。ハーバード大学の物理学者アンドレイ・カッツ氏は、「宇宙のすべての暗黒物質がたった1種類の粒子でできていると考える理由はない」と述べた。彼によると、暗い陽子は暗い電子と結合して暗い原子を形成し、目に見える世界で見られるものと同じくらい多様で興味深い構成を作り出すことができます。空は文字通り限界です。
4. 暗黒物質の性質は何ですか?
いくつかの理論によると、暗黒物質粒子には独自の反粒子があり、両方が互いに消滅するはずです。国際宇宙ステーション (ISS) のアルファ磁気分光計 (AMS) 実験は、2011 年以来この消滅の兆候を探索しており、数十万の現象を検出しました。それでも、暗黒物質が何であるかさえ正確にわかっていないため、科学者たちはそれらが暗黒物質から来たのかどうかをまだ確信していません。
5. 暗黒物質は銀河全体に存在しますか?
それは、銀河や銀河団などの大きな構造を結合する力であるように見えました。しかし2019年初め、天文学者らは暗黒物質がほとんど存在しない銀河NGC 1052-DF2を発見したと発表した。 「どうやら、銀河が形成されるのは必須ではないようだ」とピーター・ファン・ドックム氏は当時述べた。しかし、別の天文学者グループは、この新しい銀河には以前に示唆されていたよりも多くの暗黒物質が存在することを示唆する分析を発表した。
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