クエリ: 暗黒物質を観測する方法はある?
文章: 暗黒物質 暗黒物質が存在する場合、その質量により光が曲げられ、背後にある銀河などの形が歪んで見える重力レンズ効果が起こる。銀河の形の歪みから重力レンズ効果の度合いを調べ、そこから暗黒物質の3次元的空間分布を測定することに日米欧の国際研究チームが初めて成功したことが2007年1月に科学誌『ネイチャー』に発表された。同年5月15日のアメリカ航空宇宙局の発表によれば、米ジョンズ・ホプキンズ大学の研究チームがこれを利用して、ハッブル宇宙望遠鏡で暗黒物質の巨大なリング構造を確認したという。同研究チームは、10億~20億年前に2つの銀河団が衝突した痕跡で直径が約260万光年、衝突によりいったん中心部に集まった暗黒物質がその後徐々に環状に広がっていったもの、とした。
文章: 銀河フィラメント 宇宙進化の有力なモデルであるΛ-CDMモデルにおいては、まず暗黒物質がクモの巣状のストリングの形態に進化し、それに沿って銀河フィラメントが形成される。これは、暗黒物質が宇宙で最大の規模の構造を決定するという考え方であり、これによれば、暗黒物質が重力的にバリオン物質を引きつけ、天文学者たちが実際に観測しているように、薄くて長い超銀河団のウォールを形成することは、ある意味で自然なことであることになる。 文章: ジョージ・スムート ビッグバン理論では、初期の温度揺らぎによって宇宙の物質密度が不均一になり、星や銀河が生まれたと考えられている。スムートらを筆頭とするCOBEチームの業績の重要性は、推測に過ぎなかったこの揺らぎを実際に定量的に観測し、宇宙論を推測から大きく前進させたことにある。COBEの観測結果により、インフレーション理論や暗黒物質に関する研究も活発化した。 文章: アイスキューブ・ニュートリノ観測所 この間接探査は、スピン依存型の相互作用をする暗黒物質(の候補)を、直接探査よりも高い感度で検知できる。太陽は、(直接検出用の)検出器内の物質(キセノンやゲルマニウム)よりも軽い元素でできているからである。アイスキューブではおよそ全体の1/4にあたる22本のストリングを用い、AMANDAよりも高い感度を実現した。 文章: VIRGOHI21 しかし、この説には異論も多い。具体的には、もし相互作用によって伸びた尾ならば、あまりにも高速であるのでおとめ座銀河団を飛び出してしまうことや、M98の重力によってM99から尾が引き出されるとすると、その方向が観測とは逆向きになる必要があること、さらに、尾が恒星などの光る物質を全く含まず、暗黒物質ばかりを尾として伸ばすのはおかしいという意見である。 文章: 標準模型 現在の宇宙のエネルギー密度の約1/4を暗黒物質が占めていることが明らかになっているが、標準模型には暗黒物質の候補となる粒子が存在しない。そのため、暗黒物質の正体を素粒子に求める場合は標準模型の拡張が必要である。 文章: 弾丸銀河団 暗黒物質を仮定してもそれが銀河を広く覆っている限り、この2つの理論は少なくとも銀河に対してほぼ同様の帰結をもたらす。 我々の重力に対する理解は不完全で暗黒物質は幻想に過ぎないのか、それとも未知の暗黒物質が重力の領域を支配しているのか、それをはっきりとさせるには、暗黒物質か暗黒物質以外の物質かどちらかが通常いる場所から追い出されているような例を探し出すことが望まれた。 弾丸銀河団はまさにこの要請に応えるものであった。 衝突する銀河団では、バリオンのような一般の星間物質が重力以外の力で大きな抵抗を受けるのに対し、重力でしか相互作用しないと考えられている暗黒物質は銀河の星とともにあまり抵抗を受けずに通り抜ける。 銀河では星の質量より星間物質の方がはるかに重いと考えられ、暗黒物質がもともと存在しないのだとすれば、衝突銀河団では全体の質量の分布は抵抗を受けて取り残されるガスの方へと移動するはずである。 文章: 電波天文学 天体が放射する電波にはいくつかの機構がある。いくつかの波長で観測を行うことでどのような機構で放射された電波かを知ることができる。それによって天体の性状を知ることができる。第二次世界大戦後に戦争中に発達したレーダーの技術が応用され、より詳細な観測が行われるようになった。しかし、電波での観測は光学観測に比べて分解能が非常に劣るのがネックであった。干渉計の応用によりこの点が大幅に改善された。その結果、多くの天体が電波では可視光とは違った姿をしていることが明らかとなった。こうして電波観測が天体観測の一手段として確立した。パークス天文台では、2001年頃から、1000分の1秒しか観測されないごく短時間で大量の電波が放射される()と呼ばれる現象を観測している。これも発生源が特定できていなかったが、2015年4月に観測されたFRB 150418の発生源が、2016年2月、スウィンバーン工科大学や日本の国立天文台、東京大学のグループらによって、おおいぬ座の方向にある50億光年離れた楕円銀河からのものであるとつきとめた、と発表した。まだ発生メカニズムはわかっていないが、連星中性子星の合体の可能性があるという。 文章: 赤外線 赤外線で星や銀河等を観測することにより、他の波長の電磁波ではわからない現象を調べることができる。例えば我々の銀河系中心方向には視線方向に、可視光を吸収してしまう星間物質があるため可視光線では観測できないが赤外線を検出することにより、銀河中心付近の星の分布などを調べることができる。 文章: アクシオン アクシオンは強い磁場の中で光に変わると予測されており、この性質を利用して検出が世界各国で試みられている。たとえば東京大学のグループは、太陽から飛来するアクシオンを強磁場を印加してX線に変換し検出する試みを行っている。暗黒物質の候補にもあげられているため、京都グループはリドベルグ原子を用いて検出する独自のアイディアにより探索を続けている。アメリカのグループは、超伝導磁石を用いた強磁場の元で暗黒物質のアクシオンが電磁波に変換して検出を試みる最先端にいる。最近では素粒子実験物理学のメッカであるヨーロッパのCERNにおいても、太陽から飛来するアクシオンを大変高い感度で検出を試みる実験が進められている。 文章: 修正ニュートン力学 太陽系のように中心に大質量が集中しているとき、逆二乗則に従う万有引力のもとでは、その中心の周りを円運動する天体の速さは距離の平方根に反比例して減少する。 一方、銀河円盤における天体の運動の速さは、ドップラー偏移の観測により銀河の中心からの距離によらずほぼ一定であることが明らかとなっている。 銀河の質量分布は太陽系のように中心に集中したものではないが、観測されている銀河の構造から推定された質量分布を仮定してもこの一様な速さは説明できず、銀河円盤はやはり中心に近いところでより高速に運動していなければならない。 この銀河回転問題は天文学者に銀河の構造に対する謎を突き付けることとなった。 この問題に対して現在広く受け入れられている説明は観測にかからない暗黒物質(ダークマター)が存在するためだとするものである。 すなわち、銀河を取り巻く銀河ハローの部分に銀河の可観測部分をはるかに越える巨大な質量を持つ未知の物質が存在し、銀河を安定させ一定の回転速度をもたらすようなちょうどよい質量分布をもつのだとしている。 文章: 暗視野検鏡 暗視野検鏡(あんしやけんきょう, Dark field microscopy)とは、顕微鏡を用いた観察において、観察試料による散乱光(ビーム)を観察することにより、高コントラスト・超微細構造の観察を行う技術のこと。光学顕微鏡や電子顕微鏡で用いられる手法。 文章: 暗黒物質 2003年から、宇宙背景放射を観測するWMAP衛星の観測に基づいて、宇宙全体の物質エネルギーのうち、74%が暗黒エネルギー、22%が暗黒物質で、人類が見知ることが出来る物質の大半を占めていると思われる水素やヘリウムは4%ぐらいでしかない、と説明されるようになってきている。この観測結果は、宇宙の大規模構造のシミュレーションから予測されているダークマターの値と、ほぼ一致している。このように2つの方法から推測したダークマターの量がほぼ合うということから、この考えに妥当性がある、と考えられている。 文章: スペクトル線 暗線と輝線のいずれが観測されるかは、光源、光と相互作用する物質(典型的にはガス)、および光検出器との位置関係による。光源と光検出器との間に相互作用物質が配置されている場合、エネルギー遷移に共鳴する周波数付近の光子が吸収される。光を吸収した物質はやがて光子を再放出するが、そのほとんどは元の光とは異なる方向に放射される。結果としてその周波数付近で光の減衰が観測され、暗線を生じる。光検出器が相互作用物質の方を向いているが光源からの光が直接検出器には入射しない場合、物質から再放出された光子だけが観測される。物質のエネルギー遷移に対応するごく狭い周波数領域でのみ観測されるこの再放出による光が輝線をもたらす。 文章: 暗視野検鏡 可視光を用いる光学顕微鏡では、分解能は理論的に光の波長によって 200 nm 程度に制限される。分解能より近接した2物体を見分けることはできなくとも、分解能以下のサイズの物体を検出することや、分解能以下の動きを検出することは可能である。暗視野顕微鏡は、高コントラストの像が得やすいという特徴から、しばしばそのような微細構造の検出や微細運動の検出に使用される。このような先端的な暗視野観察のためには、暗視野コンデンサーが用いられるばかりではなく、レーザー斜行照明、光の全反射によって界面に形成されるエバネッセント場による照明、円錐レンズによる照明など様々な照明方法が用いられる。 文章: ブラックホール 1990年代、銀河中心部から放出される電波の観測や銀河系中心付近の恒星運動の長期に渡る追跡観測が行われた。VLAの観測では、銀河中心を取り囲む直径1200光年の暗黒星雲の内側に円筒状の激しい物質の流れがあり、その中には球状のガスの塊、さらに内部にはもう一つの暗黒星雲から中心に向けて3本のガスが流れ込んでいることが確認された。