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宇宙 · 解説記事

ダークマターとダークエネルギー:宇宙の95%を占めるもの

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CMB Images IMAGES > CMB IMAGES > NINE YEAR MICROWAVE SKY http://map.gsfc.nasa.gov/media/121238/index.html Nine Year Microwave Sky The detailed, all-sky picture of the infant universe created from nine years of WMAP data. The image reveals 13.77 billion year old temperature
画像: NASA / WMAP Science Team · Public domain · Wikimedia Commons

要点

科学者たちによれば、通常の物質(星から惑星、人間に至るまで、私たちが見ることができるすべてのもの)は宇宙全体のわずか約5%を占めています。残りはダークマター(約27%)とダークエネルギー(約68%)に分かれており、ダークマターは重力を加える目に見えない物質で、ダークエネルギーは宇宙の膨張を加速させる謎の圧力です。どちらも直接検出されておらず、新しい調査はダークエネルギーの強さが時間とともに変わるかどうかを試験しています。

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NASAによれば、宇宙は3つの要素からなっています:通常の目に見える物質が約5%、ダークマターが約27%、ダークエネルギーが約68%です。ヨーロッパ宇宙機関(ESA)は、ダークマターとダークエネルギーの組み合わせた割合を宇宙の95%とし、通常の物質(星、惑星、光で測定可能なすべてのものを構成する原子)が残りのわずかな部分を占めています。

ダークマターとは何か?

NASAによれば、ダークマターは質量と重力を持つが、光を放出、吸収、反射しない物質の形態です。直接見ることができないため、科学者たちはその存在を、目に見える物質に対する重力効果から推測しています。NASAはそれを銀河が散らばるのを防ぐ物質として説明しています。

このアイデアは1933年に遡り、スイスの天文学者フリッツ・ツヴィッキーがコマ銀河団の銀河が目に見える質量だけでは一緒に保たれるには速く動きすぎることを発見しました。1970年代に、天文学者ベラ・ルービンは、渦巻き銀河の外側の端にある星が目に見える物質の重力では説明できない速度で軌道を周回していることを示すことで、この事例を強化しました。

ESAは、典型的な銀河の欠けている、見えない質量が、天文学者が実際に観測できる星の質量の約10倍大きいことに注目しています。最も明確な証拠の1つは銃弾銀河団で、NASAは2006年の観測で、重力レンズ作用(重力による光の曲がり)を通じて検出された質量の分布がX線で見える熱いガスと一致しなかったこと、つまり見えない質量成分があることを示していると述べています。

ダークエネルギーとは何か?

ダークエネルギーはNASAの用語で、宇宙の膨張を加速させ、銀河同士をますます速い速度で押し離す謎の圧力です。ESAは、加速する膨張は1990年代の意外な発見であり、その原因は依然として不明であると述べています。それは空の常数特性であるかもしれない、時間とともに変わる力であるかもしれない、あるいは現在の重力の理論が改正が必要であることの兆候かもしれません。

ESAはプランク衛星からの推定値を引用し、ダークエネルギーが宇宙の総物質エネルギー含量の約68%に貢献していることを示しています。これはNASAのより広い内訳である約68%のダークエネルギー、27%のダークマター、5%の通常の物質と一致する数字です。

なぜこれが今研究されているのか

2026年4月、ダークエネルギー分光器(DESI)は、当初の計画の5年調査を予定より前に完了したことを発表し、4700万以上の銀河とクエーサーをマッピングしました(元々の3400万の目標を超えて)、さらに2000万の天の川の星をマッピングし、協力が現在までに作成された宇宙の最大の高解像度3D地図と呼んだものを生成しました。DESIの自身の発表によります。

DESIの最初の3年間のデータの分析により、ダークエネルギーが固定された宇宙定数ではなく、代わりに宇宙時間にわたって強度が変わる可能性があるという兆候が見つかったと、協力は述べました。DESIの完全な5年データセットからの完全なダークエネルギーの結果は2027年に予想され、調査は2028年まで観測を続け、空の覆いを約20%拡大します。

ダークマター側では、LUX-ZEPLIN(LZ)実験の科学者たち(南ダコタ州のサンフォード地下研究施設にある38の機関からの約250人の研究者によって操作される液体キセノン検出器)が、2023年6月16日に検出された単一の説明のつかない粒子相互作用を報告しました。これは2026年に日本で開催されたTeV粒子天体物理学会議で発表されたもので、アルジャジーラが報告しました。

我々はダークマターを見たと主張しているわけではありません。

— Rick Gaitskell、ブラウン大学のLZスポークスマン、アルジャジーラが引用

リック・ゲイツスケルを含む関与した研究者たちは、チームはデータより先に進みたくなく、信号を本物のダークマター検出として扱う前に背景ノイズを除外しなければならないと、同じ報告書によると述べました。

科学者たちはそれを絞り込む計画をどのようにしているのか

NASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、3つの方法を使用してダークエネルギーを調査するために設計されています:初期宇宙から残されているバリオン音響振動と呼ばれるパターンを追跡すること、宇宙の歴史全体にわたる数千のTypeIa超新星を観測すること、そして弱い重力レンズ作用を測定して物質(ダークマターを含む)がどのように分布しているかをマップすることです。NASAのミッション説明によります。

ESAのユークリッド衛星は平行の目標を追求しています:過去10億年にわたって空の3分の1以上にわたって銀河の分布をマッピングし、宇宙の膨張速度を10%以上の精度で測定し、アインシュタインの一般相対性理論を2%の精度以内でテストすることを目指しており、ESAによります。

宇宙の推定構成(NASAおよびESA推定)
成分宇宙の割合
通常の(目に見える)物質~5%
ダークマター~27%
ダークエネルギー~68%

よくある質問

ダークマターとダークエネルギーの違いは何ですか?
ダークマターはNASAによると銀河を一緒に保つ重力を持つ物質の形態であり、ダークエネルギーは宇宙の膨張を加速させる圧力のような効果です。
ダークマターは直接検出されたことがありますか?
いいえ。NASAとESAの両方がダークマターの存在を重力効果から推測されたものとして説明しています。LZ実験が報告した2026年の信号は説明のつかない粒子相互作用であり、確認された検出ではなく、研究者たちはアルジャジーラに語りました。
宇宙のうちダークマターとダークエネルギーを組み合わせるとどのくらいですか?
ESAはダークマターとダークエネルギーが一緒に宇宙の約95%を構成し、通常の目に見える物質として残りの約5%を占めていると述べています。
ダークエネルギーは時間とともに変わる可能性がありますか?
DESIの2026年調査データは、ダークエネルギーの強度が一定のままではなく進化する可能性があることを示唆していますが、協力は完全な確認は2027年に予想される完全な5年のデータセットからの結果を待っていると述べています。
現在、どのような宇宙ミッションが暗い宇宙を研究していますか?
NASAのローマン宇宙望遠鏡とESAのユークリッド衛星ミッションは、どちらも超新星、銀河調査、重力レンズ作用を通じてダークエネルギーを測定し、ダークマター分布をマッピングするために設計されています。各機関によります。

出典

  1. NASA Science — Dark Matter
  2. NASA Science — Dark Energy (Roman Space Telescope)
  3. ESA — The Dark Universe (Euclid)
  4. DESI — DESI Reaches Mapping Milestone, Surpassing Expectations
  5. Al Jazeera — Have scientists discovered a dark matter particle?

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