暗黒物質（ダークマター）とは、宇宙における質量の大半を占めながら観測されていない（仮説上の）物質の総称である。
- 暗黒物質は目に見えない。触ることも出来ない。
- だが、重さ（質量）を持ち、その重力で星や銀河を引っ張っていく
- 宇宙は大量の暗黒物質とひとにぎりの見える物質からできている。
- つまり宇宙を真に支配しているのは目に見えない暗黒物質だったんだよ！ ΩΩΩ<ﾅﾝﾀﾞｯﾃｰｯ!!
概要
太陽系の惑星の動きを想像してみよう。ニュートンの万有引力の法則によれば重力は距離の自乗に反比例するので太陽のすぐそばを巡る水星は太陽の強い重力の影響を受けて素早く公転し、最も遠い海王星は太陽の重力が弱まるためにゆっくりと公転する。と、そこまでは理論と観測値が一致していた。そこまでは…
さて今度は数千億個の恒星からなる天の川銀河を想像してみよう。星々は円盤のような形に配置され、ゆっくりと公転している。ここでも万有引力の法則を適用するのなら、銀河の中心に近い星ほど素早く公転し、周辺に行くに従って公転速度がゆっくりになるはずだ。はずだったのだが…
実際の観測結果は驚くべきものだった。銀河系の中心も周辺部も同じ速度で公転していたのだ！ これではニュートン力学が成立しない。科学者は重力シミュレーションで銀河系の星の動きを計算しなおした。その結果、見えている物質の１０倍もの見えない物質が銀河に含まれていないと観測結果とあわないことが判明する。この見えない仮定の物質は暗黒物質と呼ばれるようになった。
その後観測技術は進化し、天の川銀河は周りの数個の銀河と銀河団を形成し、さらに銀河団は複数集まって超銀河団を形成していることが判明する。だがニュートン力学ではこれらの宇宙の大規模構造は見える物質だけでは宇宙の年齢（現在では約１３７億歳と判明している）をかけても形成せず、周囲にその数倍の暗黒物質が、さらにはその数倍の未知のエネルギー（後述）が存在してはじめて形成することがわかった。これらの見えない存在こそ宇宙の真の支配者だったのだ。
さらに最近では重力が空間を曲げて遠くの銀河の光を歪ませる重力レンズ現象を調べることで暗黒物質の空間における分布地図も描けるようになった。暗黒物質は直接観測できなくとも今やその存在は確実視されている。
正体
その正体を知ることに関しては、素粒子物理学と天体物理学の二つのアプローチが存在する。
天体物理学からは、様々な理由により観測されない未知の天体、物質が候補に上げられている。MACHO (Massive Compact Halo Object)と呼ばれているものがその代表格である。
しかしビックバン仮説などを考慮に入れると、未知の天体がどれほど多く存在していようとも宇宙の構成要素には到底足りず、暗黒物質のほんの一部でしかないと考えざるを得ない。
素粒子物理学からは、WIMP (weakly interacting massive particles) と総称される「電磁気的な相互作用をほとんど起こさない素粒子」が候補として挙げられている。これらの大半は実在が確認されておらず（何しろ見えないし触れないので）仮説上の存在として扱うしかないのが現状である。
未知の天体説
暗黒物質の候補の一つとして、従来の観測技術では暗すぎて捉えられない天体というものがある。考えられるのは、恒星の終末期にその中心核が縮退してできた白色矮星や中性子星、質量が軽すぎて十分な核融合を起こせず赤外線のみで淡く光る、恒星になりそこねた天体褐色矮星。主となる恒星を失ったはぐれ惑星などだ。だが問題があった。これらの天体の質量の大半は原子核を形成する陽子・中性子などのバリオンと呼ばれる粒子で成り立っているのだが、ビッグバン理論で発生するバリオンだけではどうしても暗黒物質の量を説明できないのだ。よってこれらの説は却下される。そこで次の説が登場する。ブラックホールだ。
ブラックホールといっても、恒星の終末期に超新星爆発で出来る恒星ブラックホールはバリオンからなる恒星の中心核が縮退したものなので、その量はビッグバンで発生するバリオン量に依存する。だが、ビッグバン直後に超新星爆発によらないブラックホールが多数発生すれば候補の一つと成り得る。
未知の素粒子説
現在暗黒物質物質候補として有力視されているのが未知の素粒子だ。条件は電気的に中性であること、質量を持ち、重力とのみ相互作用する（弱い核力とも相互作用するという説もある）というものだ。そこでまず浮かび上がったのがニュートリノだ。ニュートリノはたくさんある。恒星の核融合でも、超新星爆発でも大量に発生する。電気的にも中性だ。が、観測によってその質量は軽すぎて暗黒物質の量を満たさないと判明。さらに物質と相互干渉しないため、現在の銀河系モデルを構成する要素に至らないという指摘もあり、暗黒物質候補の主流からは外された。
次に挙げられる候補はすべての素粒子に対してそれぞれ対称的に存在し性質が似ているが自転に相当するスピンの値がずれている影の相棒と呼ぶべき超対称性粒子だ。これらのうち電気的に中性なものをニュートラリーノと呼ぶ。超対称性粒子は極めて重いため寿命が短い（ハイゼンベルクの不確定性原理により質量の重い素粒子ほど平均寿命は短くなる）が現在まで生き残っていれば暗黒物質候補と成り得る。
ほかにもアキシオンとかミラーマターといった粒子が候補として挙げられているが、いずれもまだ仮説に過ぎずすべてはこれからの観測にかかっているといえよう。
反論
たとえ直接見ることができなくとも観測によりその存在は確実視されている暗黒物質であるが、これに対する反論もある。そのひとつは宇宙を支配している力が重力よりも電磁気力の方が強いとするプラズマ宇宙論だが、これは観測事実とそぐわない事象があるため、宇宙論の世界では異端視されている。
もうひとつはニュートンの距離の自乗の反比例則を修正することで観測事実に合わせようという修正ニュートン力学。これは学会でもそれなりの支持をうけている。また、アインシュタインの相対性理論の前提である時間と空間を合わせた時空という概念を見なおして時間と空間を別々に取り扱おうという理論もあり、これもそれなりの支持を得ている。
更なる謎
研究が進んでいる暗黒物質だが、現在では更に大きな謎が明らかになりつつある。
暗黒物質もまた、宇宙の大半を占める謎の「暗黒エネルギー」のほんの一部にしか過ぎないと分かってきたのである。（ぐっ・・・静まれ、俺の右腕よ！）この正体が明らかになれば、宇宙の謎を解く大きな鍵となるだろう・・・う、しまったヤツラに嗅ぎ付けられた、これ以上はもうｍ
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読み：アンコクブッシツ
初版作成日: 10/12/19 09:43 ◆ 最終更新日: 12/01/23 18:45
編集内容についての説明/コメント: カービィのダークマター追加
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