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暗黒物質単語

アンコクブッシツ

暗黒物質ダークマター)とは、以下のことを表す。

  1. 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。
  2. 見るに耐えない、もしくは材料や原を留めていない暗色系で正体不明の物体。
  3. 星のカービィシリーズに登場するボスキャラクターダークマター(カービィ)
  4. とある魔術の禁書目録』に登場するキャラクター垣根帝督」の保有する超能力の名称。
  5. ファイナルファンタジーシリーズに登場するアイテム
  6. クロノ・トリガー』の登場人物・魔王が使用する最強魔法
  7. 漫画遊戯王ZEXAL』ならびOCGに登場するカードNo.95 ギャラクシーアイズ・ダークマター・ドラゴン」の略称

ここでは1について説明する。

4行でわかる暗黒物質↓

概要

太陽系惑星の動きを想像してみよう。ニュートンの万有引法則によれば重力距離の自乗に反例するので太陽のすぐそばを巡る水星太陽の強い重力の影を受けて素転し、最も遠い海王星太陽重力が弱まるためにゆっくり転する。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。々は円盤のような形に配置され、ゆっくり転している。ここでも万有引法則を適用するのなら、銀河の中心に近いほど素転し、周辺に行くに従って速度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銀河系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銀河団を形成し、さらに銀河団は複数集まって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138億歳と判明している)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支配者だったのだ。

さらに最近では重力間を曲げて遠くの銀河ませる重力レンズを調べることで暗黒物質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、素粒子物理学物理学の二つのアプローチが存在する。

物理学からは、様々な理由により観測されない未知の体、物質が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体というものがある。考えられるのは、恒星終末期にその中心核が縮退してできた白色や中性子、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る、恒星になりそこねた褐色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補の一つと成り得る。

未知の素粒子説

現在暗黒物質物質補として有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、重力と相互作用する(弱い相互作用をする可性もある)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。宇宙初期には大量に発生したと考えられ、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、速いスピードで動いているニュートリノでは、銀河のような構造が形成されないという摘もあり、暗黒物質補の流からは外された。

次に挙げられる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。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寿命は短くなる)が、対称性粒子のうち最も軽いものだけは安定である(または寿命がとても長い)可性があり、暗黒物質補と成り得る。

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。

暗黒物質検出の試み

暗黒物質の正体が未知の素粒子であると仮定して、これを検出しようという試みが全世界で行われている。だが、現在のところ発見したという報告はない。

検出の方法は暗黒物質粒子の質量に近いと思われる物質を宇宙線のノイズを避けるために地下深くに置き、熱によるノイズを避けるために低温に冷やし暗黒物質粒子との衝突を待つというものである。検出のための物質にはゲルマニウムキセノンが使われ、ゲルマニウムの場合は衝突による振動を熱として、キセノンの場合はとして検出する。

日本では2010年からXMASSと呼ばれる実験を行っていた。岐阜県鉱山の1000mの地下に約1トンの液体キセノンを置き、暗黒物質粒子との衝突で発生するを周囲の電子増倍管で検出するという試みだったが期間中全く反応がなかった。そこで検出するターゲットを切り替えた。重金属並みの質量の粒子からダークフォトン(後述。ニュートリノより重いが電子よりは軽いとされる)がキセノン原子内部の電子を弾き飛ばした際の誘導放射の検出をしたが、やはり何も検出されず、2018年に研究は打ち切られた。

これらの実験装置はあくまで暗黒物質粒子が弱い相互作用をする(弱い相互作用ができれば検出物質の原子核と衝突して弾き飛ばす事ができる)場合に限られ、もし暗黒物質が「重力以外の相互作用を行わない」粒子であればまず検出できる見込みはない。

綻び出したWIMP説

これまで暗黒物質の有補とされてきたWIMPであるが、ここ最近になってどうもその存在が怪しくなってきた。WIMPは弱い相互作用、つまり電磁相互作用よりもずっと弱い反応しかしないため互いには滅多に衝突せずにすり抜けるだろうと考えられてきた。実際、弾丸銀河団と呼ばれる40光年先にある銀河団は二つの銀河団が衝突して一体化し含まれているガス高温となっているのだが、周辺の重力レンズは各々の暗黒物質が互いにすり抜けて銀河団から遠ざかっている様を示していたのだ。これによりこれまでWIMP説は確実とされていた。ところが最近になってWIMPでは説明のできない観測結果が次々と現れたのだ。

  • 暗黒物質の分布は一様でムラがない。濃い塊になったりしないことが最近の観測で明らかとなってきた。これは暗黒物質粒子同士は稀に衝突することを示している。
  • WIMPがもし弱い相互作用をするのなら崩壊してより軽い粒子になるはずだ。そう見込んで国際宇宙ステーションに粒子検出器を積み込んで暗黒物質が崩壊する際に発生するの高エネルギーの陽電子の検出を試みたが、結局見つけることはできなかった。

…というわけでWIMP説が揺らぎ始め、科学者は新しい理論の構築を迫られた。たとえなこんな感じである。

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重力よりも電磁気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距離の自乗の反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、アインシュタイン相対性理論の前提である時間と間を合わせた時という概念を見なおして時間と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、の右腕よ!)この正体が明らかになれば、宇宙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: 18/06/02 06:36
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暗黒物質について語るスレ

92 : ななしのよっしん :2018/02/14(水) 07:46:09 ID: tOViKNDitl
https://news.mynavi.jp/article/20180213-583578/
楕円銀河周囲の銀河が好き勝手な方向に転しているというケースが発見された。暗黒物質が存在するのならどれも同じ方向に転するはずだ。
93 : ななしのよっしん :2018/02/28(水) 08:53:44 ID: tOViKNDitl
宇宙暗黒物質、固まり少なめ
https://this.kiji.is/341181392027223137

暗黒物質銀河団周囲に濃い固まりになって存在していた。
となると暗黒物質銀河サイズの固まりはならず銀河サイズになる。銀河サイズには多分ならない(重力光速で作用するため)
銀河サイズには多分ならない()
94 : ななしのよっしん :2018/03/01(木) 17:29:58 ID: tOViKNDitl
http://www.yomiuri.co.jp/science/20180227-OYT1T50138.html
http://www.afpbb.com/articles/-/3164590

暗黒物質の分布と、宇宙最初のファーストスター付近の観測から、
宇宙は従来の見込みよりもく膨しているらしい。下手したらビッグリップで宇宙が終わる可性も出てきた。
95 : ななしのよっしん :2018/03/03(土) 06:39:02 ID: tOViKNDitl
https://news.mynavi.jp/article/20180302-592885/
ハッブル宇宙望遠鏡プラン衛星の観測からプランク定数が修正され、従来を大きく上回る73(km/s)/Mpcとなった。
記事では暗黒エネルギーの密度が増大している可性や、これまで否定されていた熱い暗黒物質の存在、そして暗黒物質が「それほどくない」可性が提唱されている。
96 : ななしのよっしん :2018/03/03(土) 17:28:52 ID: tOViKNDitl
プランク定数じゃなくてハッブル定数だった。
97 : ななしのよっしん :2018/03/29(木) 17:39:25 ID: tOViKNDitl
https://gigazine.net/news/20180329-hubble-finds-galaxy-without-dark-matter/

天の川銀河並みのサイズなのにがほとんどないスカスカ銀河が見つかった。暗黒物質否定論者は大喜びしている。
98 : ななしのよっしん :2018/05/11(金) 08:31:20 ID: tOViKNDitl
http://science.sciencemag.org/content/360/6389/627.full
ロスアラモス国立研究所で単独の中性子を磁気浮上させた状態で崩壊させる実験が行われている。
中性子のβ崩壊の過程で暗黒物質が発生あるいは関与するかもしれないという。
99 : ななしのよっしん :2018/05/11(金) 08:34:59 ID: tOViKNDitl
https://cdn.journals.aps.org/journals/PHYSICS/synopses/images/10.1103/PhysRevLett.120.191801
で、こんなファインマンチャートが作られていたり。
100 : ななしのよっしん :2018/05/31(木) 12:54:27 ID: tOViKNDitl
https://www.cfa.harvard.edu/news/2018-08
宇宙開闢当時、暗黒物質は非常に冷たかった。
だが、バリオンと相互作用してその電荷を「食う」ことで
いまの暗黒物質はとても熱いものになった、らしい。
101 : ななしのよっしん :2018/07/08(日) 07:31:09 ID: tOViKNDitl
https://wired.jp/2018/07/06/missing-dark-matter/

暗黒物質を含まない銀河、逆に質量の大半が暗黒物質銀河など、暗黒物質ニュースは事限りがい。
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