宇宙がどれほど大きいかは誰にもわかりませんが、そこには確かに数十億の銀河があり、その多くは1兆個の星を含んでいます.それは、すべてのガス、ほこり、惑星、およびさまざまな興味深い宇宙の残骸を取り込まなくても、非常に多くのものです.しかし、天文学者は、私たちが単に検出できない物質が約 5 倍多いと言っています。
この欠けているものは、その存在を理論化した最初の人物であるスイスの天文学者フリッツ・ツヴィッキーがドイツ語で「ダンクルマテリー」と呼んだため、誤解を招く名前「ダークマター」が付けられています。奇妙なことに、暗黒物質は そうではありません は暗い。暗い色の物体は、それに当たる光のほとんどを吸収しますが、暗黒物質は完全に透明に見えます。暗黒物質を発見したので、「現れる」と言います。その存在は、重力の影響下での通常の物質の挙動から推測されます。
暗黒物質の効果の 1 つは、銀河や銀河団が離れて飛び散るのを止めることです。遠心力がそれを保持している力よりも大きくなるのに十分な速さで何かを回転させると、それは飛び散ります。多くのアマチュアろくろでこれが起こっているのを見ることができます。銀河も、自転している速度で一緒にいることはできないはずです。目に見えない物質がもっとあり、それらをまとめているようです。同様に、アインシュタインの一般相対性理論から、銀河はレンズのように十分に空間をゆがめ、通過する光を曲げることがわかっています。その効果は、目に見える物質によって説明されるよりも大きいのです。
暗黒物質について詳しく読む:
- 「暗黒物質」は、宇宙の奥深くに浮かぶ死んだ星や惑星にすぎないのでしょうか?
- 重力に問題があります
ツヴィッキーが暗黒物質の存在を最初に提唱したのは 1930 年代にさかのぼりますが、40 年後、アメリカの天文学者ヴェラ・ルービンが銀河の自転に関するデータを発表して、その考えが真剣に受け止められたのは初めてのことでした。 CD のような固体が回転する場合、CD の端に近い部分は、中央に近い部分よりも速く移動します。同じ時間でさらに移動するため、そうしなければなりません。
しかし、銀河は重力によってゆるやかにつながっているだけであり、中心から外に出ると、回転速度が最大になり、その後次第に遅くなることが期待されていました.ルービンは、ケント フォードと協力して、彼女が観察した銀河では、端近くの星が中央近くの星と同様の速度で移動することを示しました。これの最も明白な理由は、多くの物質がハローとして知られている銀河の外側の周りに球状に分布していた場合でした.
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暗黒物質は、いわゆるマッチョ (Massive Compact Halo Objects) であると最初に考えられていました。しかし、これには十分な証拠がなく、通常の物質が後光を形成するとは予想されません。
暗黒物質が何であれ、重力の影響を受ける可能性はありましたが、そうではありません つまり、光や、たとえば椅子に座ることを可能にする通常の物質間の相互作用の影響を受けません。これは、WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) と呼ばれる粒子である MACHO の競合概念とよりよく一致しました。しかし、暗黒物質とは正確には何でしょうか?
ニュートリノは、核反応によって大量に放出される粒子です。ニュートリノが物質と相互作用することはめったにありません。ニュートリノの質量はごくわずかですが、十分な数があれば暗黒物質の効果を生み出すことができます。
ただし、ニュートリノは動きが速すぎて弱い重力では簡単に捕捉できないため、軽視されていました。宇宙マイクロ波背景放射から宇宙の初期構造を観測した結果、銀河の形成に関与したと思われる暗黒物質がニュートリノのような速度で移動していなかったことが確認されました。
素粒子物理学の詳細:
- 宇宙を探査する粒子検出器
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ニュートリノは質量を持っていますが、WIMP としては理想的ではありません。これは、素粒子物理学の標準モデル外の粒子を示唆しています。 1 つの潜在的な候補は、超対称性から浮上しました。標準モデル粒子の粒子は、クォークや電子などの実質的な物質粒子であるフェルミオンと、光子などの力のキャリアであるボソンの 2 つのカテゴリに分類されます。一般相対性理論と量子論を組み合わせる提案の 1 つであるひも理論の多くの変種は、各粒子が反対のタイプの「超対称」粒子を持っていることを示唆しています。
最も軽いクラスの超対称粒子であるニュートラリノは、暗黒物質の候補として提唱されています。残念ながら、そのような粒子は、CERN の大型ハドロン衝突型加速器によって生成されるほど十分に軽いはずですが、超対称粒子は 1 つも検出されておらず、超対称性の概念全体が疑問視されています。また、暗黒物質を検出するために設計された実験からも、そのような粒子が野生に存在するという証拠はありません.
超対称オプションはありそうにないように見えますが、別の候補はアクシオンです。この架空の粒子は、正当な理由から洗浄剤のように聞こえます。食器洗い機用洗剤にちなんで名付けられました。これは、量子物理学の奇妙な点を説明するために考案された粒子です。アクシオンの質量は非常に小さい (ニュートリノ未満) でしょうが、ニュートリノと同様に、動きが速すぎて暗黒物質として機能しないことが予想されます。そのような粒子は検出されていません。
一部の物理学者、特にリサ ランドールは、a を探すことでそれを示唆しています。 暗黒物質粒子 私たちは「暗黒物質排外主義者」です。Randall は、私たちの標準モデルには 17 種類の粒子が含まれていると指摘しています。私たちは、暗黒の太陽から暗黒の存在が占める暗黒の惑星に「暗黒の光」が差し込む、目に見えない平行な暗黒物質の宇宙を想像することができます。実際には、暗黒物質は重力以外では相互作用しないように見えるため、これはありそうにありませんが、面白い推測です.
暗黒物質の直接的な証拠を見つけられない状況が続いているため、別の選択肢が支持を得ています。それは、暗黒物質がまったく存在しないというものです。 「修正された重力」の旗の下に集められたいくつかの理論があります。アインシュタインの一般相対性理論は非常に効果的ですが、銀河などの大規模な物質の集まりを扱うには修正が必要です。結果は、余分な問題を必要とせずに観察された動作になります.
暗黒エネルギーについて詳しく読む:
- 私たちの宇宙には暗黒エネルギーが潜んでいます – これがその発見方法です
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修正重力は魅力的にシンプルですが、多くの科学者はその基本形である MOND (修正ニュートン重力) を拒否しています。これは、修正重力理論を使用して説明するのが難しい、弾丸星団を含む銀河構造の明確な例があるためです。
しかし、同様に、暗黒物質は多くの銀河が回転する方法を説明できません。両方の理論は、すべての例に対処するために微調整が必要であり、修正された重力の変種は非常に有望に見えます.あるいは、暗黒物質が個々の星や銀河のスケールで異なる挙動を示す超流動体であるというハイブリッド アプローチが提案されていますが、このアプローチを確実にするためにはより詳細な情報が必要です。
また、最後の可能性を考慮することも重要です。つまり、最初から暗黒物質は必要ではなかったということです。数学者のドナルド・サーリは、銀河の回転挙動を予測するために使用されるモデルが間違っていることを示唆しています。銀河には、何十億もの星の間の重力相互作用が関係しています。 Saari は、暗黒物質を予測する計算には近似が多すぎて、現実と適切に一致していないことを示唆しています。つまり、追加の物質は必要ない可能性があるということです。
捜索は続く。次世代の検出器が構築されており、2020 年代初頭にいくつかがオンラインになります。しかし、多大な努力にもかかわらず、これまでのところ具体的なものは何も得られていません。ヴェラ・ルービンが2001年に悲しげに指摘したように、彼女は1980年に暗黒物質粒子が10年以内に直接観測されるだろうと予測したが、まだ見られていなかった.再び 2000 年に、天文学者の Royal Martin Rees が同様の 10 年予測を行いました。彼のタイムスケールも過去のものです。
暗黒物質が発見されるかどうかはわかりません。しかし、この挑戦的なミステリーこそが、科学が魅力的な理由の 1 つです。発見すべきことはまだたくさんあり、暗黒物質効果の原因はリストの上位にあります。
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