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次なる宇宙の課題はダークマターを探すことです

この記事の所要時間: 336

ノーベル賞級の宇宙に関する謎が、連続して解明されています。
とはいえまだまだわからないことはたくさんあります。
例えば次なる宇宙の課題は、ダークマターです。
なんとなく曖昧そうな名前ですが、
これがわかると、宇宙の理論がひっくり返るかも!

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宇宙は何でできているか

宇宙には空気がありません。では何があるのでしょうか?
光は波だと考えられています。ならば媒体があるはずです。
かつてはエーテルと呼ばれる物質が空間を埋めている?
それが光を伝える役割を果たしている!
しかしどんなに理論的または実験による研究をしても、
エーテルの存在を見つけることはできませんでした。
これを解決するには、発想の転換が必要でした。
そこで現れたのがアインシュタインです。
特殊相対性理論で、事実上エーテルの存在を否定しました。
とはいえ全くの真空はありえるのか?

ダークマターとは

宇宙にある物質は、すべてが元素から成り立っています。
ならば電気的な力、言い換えると電荷を持っているはずです。
とはいえ宇宙空間にある何かは、どんな電磁波も出していない?
それが現段階において観測できない理由と考えられています。
つまり宇宙空間は、電荷を持たない未知の物質で埋め尽くされている!
それをダークマターと呼んでいます。

なおダークdarkとは、暗いという意味だけではなく、わからない!
すなわちダークマターとは、わからない物質なのです。
言い得て妙な命名ですね。

ダークマターは必要なのか

電磁波などの光は波ですが、粒子でもあります。
ならば伝える媒体がなくても問題ないでしょう。
そういう意味では、無理にエーテルを探し出す必要はありません。
とはいえ1930年代にスイスの天文学者ツビッキーが気づきました。
銀河団の動きは、目に見える物質が持つ重力だけでは説明できない?
つまり電磁波は出さないけど質量を持つ物質があるはず!
同じように1970年代、アメリカのルービンも主張しました。
銀河の円盤運動を説明するには、見えない物質が必要だ!
実際に理論的な計算をしてみると、宇宙にある物質の大半は、
ダークマターによって占められている!

星として集まっている物質は数%しかない?
衝撃的な方向へ、宇宙の話は進んでいるようです。

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ダークマターに求められる特徴は

わからない物質!潔い命名をしましたが、
実際問題として、ダークマターとは何でしょうか。
どのような物質を想定すればよいのでしょうか。
具体的には3パターンが考えられています。

1.軽くて速いニュートリノ

第一候補は、軽くて速いニュートリノです。
早く動くと高温になるので、ホットダークマターと呼ばれます。
とはいえニュートリノがダークマターだと仮定すると、
現在の宇宙年齢と推定されている138億年では銀河ができない?
ちょっと否定的に考えられています。

2.重くて遅い素粒子

次なる候補は、遅くて重い素粒子です。
スピードがゆっくりなので、コールドダークマターと呼ばれています。
この場合には、現在のような宇宙が生まれても計算上は問題ありません。

3.中くらいの速さの素粒子

三番目の候補として、上記2つの中間的存在、
中くらいの速さの素粒子が挙げられています。

同じような命名法として、ウオームダークマターと呼ばれます。
この場合でも、現在の宇宙をシミュレーションできます。

どうやって見つけるのか

実際問題として、どのように見つけるのでしょうか。
観測は地道に続けられるでしょう。
もちろん大変な努力ではあります。
とはいえヒッグス粒子も重力波も見つかりました。
113番目の元素だって、400兆回も実験してやっと見つけました。
観測技術の向上もあります。
近い将来、ダークマターが見つかった!
感動的な会見が行われるでしょう。

今回は観測できませんでしたが

2016年7月21日、欧米の大学による
大型地下キセノン実験(LUX)チームは、
ダークマターの観測ができなかった旨を公表しました。
とはいえ2020年をめどに、再挑戦するようです。
実験設備の感度を高めることによって、
次はどんなことがわかるのか、期待されます。

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たくと
たくと
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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