暗黒物質について知っておくべきことすべて

私たちが目にするもの、触れられるもの、匂いがするもの、感じられるものは、宇宙全体のわずか5％だと言われています。その「普通」なことは、実はかなり珍しいことなのです。残りの91%はどうなるのでしょうか？この証拠は、宇宙の質量とエネルギーの 27% がいわゆる暗黒物質で構成されているのではないかと疑わせます。闇という用語は、闇が何であるかをより良く知ろうとする私たちのあらゆる努力から身を隠すという並外れた特性を指します。暗黒物質は依然として真の謎のままです。しかし、もちろん、存在することが簡単なことだとは誰も言いませんでした。したがって、この複雑な問題をできるだけ単純に扱いましょう。

暗黒物質とは何ですか？

この宇宙はエネルギーと物質で構成されており、大まかに言えば、それらは複雑なコインの表裏の関係にあります。私たちは毎日、いつでも物質を見たり触れたりすることに慣れています。しかし、ダークマターは、目には見えないが宇宙の一部を取り囲んでいる仮説上の物質です。暗黒物質は宇宙の最深部にあり、非常に冷たいため見ることができません。この小さな惑星から天体を観測するには、宇宙を伝わる放射線を検出する必要があります。これらの放射線、可視光線またはその他の種類の放射線によって、私たちはそれらを解釈することができます。たとえば、月の光を解釈するのは非常に簡単で、器具を使わずに肉眼で行うことができます。やっぱり、月ですね！誰でも見ることができます。しかし、他の天体はここから何百万、何十億キロも離れているため、それほど簡単には観察できません。したがって、私たちはそれらがさまざまな種類の放射線の形で放出するエネルギーを観察し、それらを機器で分析し、それらが何であるか、そしてそれらがどのように機能するかを統計的に解釈します。

しかし、暗黒物質はこれに抵抗します。先ほども言ったように、この「何か」の塊は非常に冷たくて暗いです。何も放出しないか、放出される量がわずかであっても検出器に到達するのに十分ではありません。したがって、それは暗い塊であり、見ることはできません。そしてそれは何でできていますか？分析できないので何とも言えません。宇宙のこの構成要素には、ニュートリノ、WIMP 粒子、非発光ガスの雲、さらには矮星が含まれているようです。また、最近の観測の結果として提案された一連の新しい素粒子である非バリオン暗黒物質として知られているものによって形成される可能性もあります。つまり、宇宙の 23% は目に見えないということになります。すごいですよね？

それがそこにあることをどうやって知ることができるのでしょうか?

良い質問ですね。それが見えず、当然触れることもできないのに、なぜ私たちはそれがそこにあると思うのでしょうか？それは私たちの想像力の歪んだ幻想である可能性が非常に高いです。ご存知のとおり、科学は証拠に基づいています。暗黒物質の存在が仮説にすぎないこと、つまり、まだ証明され証明された事実ではないことは事実ですが、暗黒物質が存在することを明確に示す証拠は数多くあります。その「発見」は 1933 年に遡ります。当時、F. ツヴィッキーは説明できなかった効果**、つまり銀河の移動速度が銀河に期待できる速度と一致しなかったことへの応答としてその存在を提案しました。この現象は 1933 年に報告されていますが、それ以前にもすでに観察されていたため、多くの人がすでに疑っていたことを研究者が公然と提案するまでには時間がかかりました。

その後の観測では、空間と重力相互作用を変化させるが、私たちには見ることができない質量の存在が同時に確認されました。したがって、銀河などの遠方の天体や、まるで望遠鏡のように機能する「重力レンズ」のおかげで観察できる超エネルギー現象など、暗黒物質の想定される効果を観察することができます。宇宙レベル。これらの重力レンズの原因は、巨大な質量の塊です。たとえば暗黒物質のようなものです。他の証拠も同じ方向を示しています。銀河団内の高温ガスの温度分布や、以前に話した回転速度そのものです。実際のところ、暗黒物質がそこに存在し、私たちがそれについてさらに発見するのを待っているようです。

暗黒物質は暗黒エネルギーではありません

暗黒エネルギーは全空間を占め、宇宙を「圧迫」する場です。エネルギーと物質は（複雑な）コインの表裏であるとすでに述べました。しかし、暗黒物質を暗黒エネルギーと混同すべきではありません。暗黒物質が宇宙に存在するものの 27% を占め、私たちの物質がわずか 5% である場合 (これが私たちがそれをエキゾチックマターと呼ぶ理由であり、理由がないわけではありません)、残りの 68% は何で構成されているのでしょうか?ここでダークエネルギーが登場します。私たちは、宇宙を「圧迫」し、宇宙の膨張を加速させる傾向にあるこの存在を「圧力」と呼びます。それは、宇宙論の標準モデルにおけるプロセスの一部を説明する斥力的な重力を生成するでしょう。したがって、暗黒エネルギーは実際には「場」 、つまりすべての空間を占めるそのエネルギーの作用方法です。

暗黒物質は何に使われますか?

さて、答えるべき非常に基本的な質問があります。私たちの宇宙に存在する物質の大部分を構成するものを知ることに何の意味があるのでしょうか?基本的には私たちの好奇心を満たすためです。しかし、もっと実際的な答えが必要な場合は、それを探してみましょう。まず、前述したように、重力レンズ効果のおかげで遠くの構造を観察できるようになります。これは単なる結果ですが、私たちは応用でしたね。しかし、よく考えてみると、暗黒物質は実際には、私たちの宇宙の親密な性質をよりよく研究するためにのみ役立ちます。それは、私たちが知っている事柄がどのように機能するかをよりよく理解できるようにするだけでなく、私たちが知らないことを明らかにすることを可能にする考察、実体です。相互作用が非常に弱い粒子を研究することで、私たちが想像もしなかった宇宙の側面を発見することができます。このため、ダークマターは仮説ではなく、非常に貴重なツールになります。そしてそれは私たちにも見えません。