暗黒物質(ダークマター)の質量の範囲を絞り込むことに成功
ダークマターの質量の範囲を計測 credit:NASA/Hubble Heritage Team/STScI/AURA
 暗黒物質(ダークマター)は、天文学的現象を説明するために考えだされた「質量は持つが、光学的に直接観測できない」とされる仮説上の物質だ。間接的にその存在を示唆する観測事実は増えているものの、その正体は未だ謎に包まれている。

 だが、少なくともその質量の上限と下限については、ぐっと絞り込まれたようだ。

 この結果と既存の宇宙理論を踏まえると、極端なまでに軽いものも、極端なまでに重いものも、ダークマター候補としては考えにくいそうだ。
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宇宙最大級のミステリー「暗黒物質(ダークマター)」

 暗黒物質(ダークマター)は宇宙最大の謎の1つだ。

 それは肉眼ではもちろん見えないし、人間の目では捉えられない波長によっても検出することができない。暗黒(ダーク)と呼ばれるのは、光学的に観察不能であるゆえのことだ。

 だが、宇宙の観測からは、その存在を示す重力の影響が確認されている。

 たとえば銀河の回転速度は、ダークマターの存在を仮定しなければ説明することができない。その重力がなければ、ずっと遅いものであるはずだからだ。

 また大質量天体の重量が時空を曲げることで形成される重力レンズもやはり、ダークマターがなければずっと弱いものになるはずだ。
暗黒物質とダークエネルギーって何?

観測不能でありながら、宇宙にあまねく存在する

 このようにダークマターは、それが他の天体に与えている重力の影響からしか、その存在を知ることができない。

 だが珍しいものというわけではない。それどころか、その重力の影響から、宇宙の全質量のほぼ80%がダークマターと推定されている。

 この宇宙にあまねく存在していると考えられるのに、決して直接的には観察できない。宇宙最大級のミステリーにふさわしい物質だろう。
ダークマター(暗黒物質)
iStock

量子重力からダークマターの質量の範囲を特定

 英サセックス大学の研究グループは、それが重力と干渉することに着目し、量子重力からダークマターの”粒子”が持つであろう質量の範囲の特定を試みた。

 研究グループによると、仮にダークマター粒子の質量にばらつきがあるのだとしても、量子重力からその範囲を絞り込むことができるのだという。

 マクロの世界の動きを正確に予測する一般相対性理論とミクロの世界の動きを正確に予測する量子力学は、なぜだか折り合いが悪いことで知られているが、統合されれば両者の基本的な原理を反映した理論になるはずだ。

 ならば重力と干渉するダークマター粒子は、量子重力のルールにしたがって崩壊し、相互作用するに違いない。

 明らかになった範囲すべてを丁寧に吟味して、既存の宇宙理論の下ではおよそあり得ないだろうと考えられる質量を除外していく。

 その結果、ダークマター粒子の質量は、そのスピンならびに相互作用の性質次第で、10^-3から10^7電子ボルトの範囲に収まるだろうと推定された。

 これまで推定値は、10^-24電子ボルト〜10^19ギガ電子ボルトだったので、それよりもぐっと範囲が絞り込まれたことになる。

 また、これによって「WIMP」をはじめとする、いくつかのダークマター候補をほぼ除外できるようになったのも大きな進展だ。
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iStock

もし未知の力が発見されれば更なる謎が解ける

 こうした新しい知見は、ダークマターを見つけるために探すべき場所や方法を絞り込むヒントにもなるという。

 将来的に、今回除外された候補がまたもダークマター候補に返り咲くようなことが絶対にないわけではないようだ。

 しかし、それは現代宇宙理論にまだ知られていない未知の力が発見されたときだという。それはそれで非常に楽しみな展開ではある。

 この研究は『Physics Letters B』(1月13日付)に掲載された。

References:sussex / sciencedirect/ written by hiroching / edited by parumo
追記:(2021/1/31)本文を一部訂正して再送します。
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 20:51
  • ID:YWJHIBMH0 #

正体が一つとも限らず、電磁波で観測できないからには
電磁波に翻訳できる形でそれに代わる観測手段が必要になる。

2

2. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 20:53
  • ID:AHYc0QMq0 #

天体の引力から空間を曲げそこを直進する光すら曲がるから
観測光では見えないけどあたかも重力を持つ物質が存在すると仮定したモノ
がダークマターかと思ったけど実際に物質が存在するのか

3

3. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 20:53
  • ID:Mbg3PpS80 #

無月はダークマター

4

4. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 21:02
  • ID:7UDnntrI0 #

>10-3電子ボルトから107電子ボルトの範囲に収まるだろうと推定された。
?これまで推定値は、10-24電子ボルト〜1019ギガ電子ボルト

宇宙物理学全然詳しくないけどそれぞれ
10^-3, 10^7, 10^-24, 10^19 G 電子ボルト (〜乗)
ではないだろうか

5

5. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 21:54
  • ID:AmYNlCu90 #

「暗黒物質」「ダークマター」考えた人のネーミングセンス好き。「ブレードランナー」の次くらい。

6

6. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 21:55
  • ID:8EqFLp7z0 #

それで結局残った候補はなんなん?

7

7. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 22:10
  • ID:hw6iK.Q00 #

銀河が無い部分にはダークマターがあるんだって
だからそこには銀河が出来ないんだって
NHK-BSでやってた

8

8. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 22:13
  • ID:wHol4P380 #

古式ゆかしくエーテルと名づければよいのだ

9

9. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 22:36
  • ID:.U7a563p0 #

ダークマターの正体は過去のログだよ

10

10. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 22:53
  • ID:.SBtw.JW0 #

ダークマターが質量の80%を占めるってことは
人類が知覚してない本質はそれ以上ってことでしょ?
観測可能になった瞬間にこれまでの常識や概念が一気に吹き飛んで大変なことになりそう

11

11. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 22:56
  • ID:dfnLDwxf0 #

物理学はわずかな小さい謎以外全部解けた、もうすることはない、と言われた時代があった。
放射能、エーテル、水星軌道、黒体放射。
今も、ほんのわずかな謎以外全部解けた、標準理論は隙がない、やることはないと言われている。
その一つがダークマター。

上記の三つの謎は、相対性理論と量子力学という…

12

12. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 23:00
  • ID:X28DmKRF0 #

ダークマターを前提にしないと銀河の回転円状の形が説明できない。
天の川銀河の回転はどの位置でもほぼ同じという計測結果が出た。
これはダークマターに相当する重力源がないとありえない実測データになる。
大宇宙の銀河群やボイド構造などの大規模構造はダークマター相当の重力源が見えない背骨状になって支えている感じになる。

13

13. 匿名処理班

  • 2021年01月31日 23:47
  • ID:GDfHMzB00 #

ダークマターは存在しない。正体は量子確率場。

14

14. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 02:36
  • ID:fr1jh9gd0 #

太陽系外縁惑星すらほとんど見つけることができてないんだからただ電磁波観測できないだけだろ
そもそも光学的観測で見積もった重量が、なんでそれで正しいと思ってんのかわからん

15

15. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 04:58
  • ID:4lduY.Wp0 #

地球上にもダークマターはありますか?

16

16. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 07:15
  • ID:ttVC9Bmk0 #

※9
つまり見られたくない黒歴史だな!

17

17. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 07:24
  • ID:XPdzitti0 #

ダークマター系が観察できる方法で見た宇宙の方が宇宙の本質なのかもね
我々の認知範囲こそ宇宙にとって異端なだけで

18

18. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 07:27
  • ID:XPdzitti0 #

>>10
鳴門海峡の渦だけ観測できるのが人類で、海がダークマターの世界みたいな感じだったりして

19

19. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 10:04
  • ID:oxA2H5wW0 #

精度±10ケタ(%ではない!)
さすが宇宙論

20

20. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 10:33
  • ID:RJ5Rxgq90 #

(;´・ω・)/ 「またまたー。」

21

21. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 14:23
  • ID:xFDPdVSW0 #

ダークマター見せたろか?

22

22. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 15:53
  • ID:8xS7K8Hf0 #

ある朝起きたら羽鳥アナとかが「大発見です!ダークマターが特定されました!」
とか報じてるの想像したらすごいワクワクする

23

23. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 17:42
  • ID:cu5.Ybbi0 #

※13
ダークマターの正体が場ってのは割とあり得ると思う。
※17でも違った使い方はされてるが、重力波と重力波がぶつかりあってできた渦がダークマターの本質なんじゃないかな
つまり物質ではなく単純なエネルギーが集まった場所

24

24. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 19:16
  • ID:zEyzHBSb0 #

昔は窒素も見えへんかった、そういうことやな。

25

25. 匿名処理班

  • 2021年02月01日 21:30
  • ID:5mGXA30h0 #

※21
おまわりさんこの人です

26

26. 匿名処理班

  • 2021年02月02日 07:55
  • ID:iJpjNIYD0 #

>>6
「量子アノマリーを持たないと仮定した特殊なアクシオン」

詳しくは聞くな

27

27. 匿名処理班

  • 2021年02月02日 10:42
  • ID:u9gcXbZs0 #

※26
アマノくんがいない時のウド鈴木みたいなもんか。

28

28. 匿名処理班

  • 2021年02月02日 15:35
  • ID:iERBluJ70 #

前に読んだブラックホールの中にある説はロマンあふれてて良かったなー

※26
想定が
だいぶ厳しいんだね・・・

29

29. 匿名処理班

  • 2021年02月02日 18:57
  • ID:hgtEoJN10 #

ダークマターのことを考え出したら複雑すぎて夜しか眠れない

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