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(あんこくぶっしつ、 ダークマター)とは、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、仮説上の物質である。"銀河系内に遍く存在する"、"物質とはほとんど相互作用しない"などといった想定がされており、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、その正体は未だ不明である。
文章: 銀河の形成と進化 より最近の理論では、ボトムアップの過程で暗黒物質の銀河ハローが集まったというものがある。初期の銀河はほとんどがガスと暗黒物質でできており、恒星は少ししかなかった。小さな銀河を飲み込んで銀河の質量が増えてくると、暗黒物質の大部分は銀河の外側に集まるようになる。これは、暗黒物質は重力のみとしか相互作用できず、分散しないためである。しかし、ガスはすぐに相互作用して急速に回転し始め、非常に薄く回転の速い円盤になる。 文章: パイオニア・アノマリー 既知の物理的効果であるが、それが軌道の予測モデルで適切に考慮されていない種々の可能性も検討されている。 最も単純な候補として未知の重力源からの重力があるが、エッジワース・カイパーベルト天体に関してはその大きさも効果もアノマリーの説明とはならないとされる。 また、何らかの重力によるとする場合には、惑星についてもその影響が及んでいなければならない。 地球や火星に関しての測定は精密で、アノマリーに対応するような要素はみられないことが明らかとなっている。 光学的にのみ観測されている遠い惑星に関しては、同様に観測にかかるだけの大きさの効果が現れているはずであるという研究もあるものの、依然確定的ではない。 アノマリーにみられるような中心に向かう一定の大きさの加速度を生むためには、例えば、少なくともある距離より先で距離に反比例した密度をもつ何らかの質量が球対称に分布すると想定すればよい。 この場合、内側の天体に影響は現れない。 通常の物質でそうしたものは確認されていないが、それが重力のみで相互作用する予測された暗黒物質ではないかという可能性も含め検討されていた。 文章: 弾丸銀河団 重力レンズ効果の測定技術が急速に発展したことを受けて、2004年以降、ダグラス・クロウらの研究グループが、この考えに基づき暗黒物質を捉える試みを行った。クロウらはX線天文衛星チャンドラでガスの分布を観測するとともに、可視光によって銀河団背後の銀河の光を観測し、弱い重力レンズの効果から推定される銀河団の質量分布を逆算した。 その結果、小さな方の銀河集団と大きな方の銀河集団それぞれに対応する質量の中心は、可視光で観測される2つの銀河集団のそれぞれの位置の方に誤差の範囲で一致し、ガス雲の位置とは異なっていた。 このことから力学法則がどうであれ、そこにガスとは異なる観測できない質量があり、暗黒物質の存在を従来よりも直接に裏付けるものと結論付けられた。 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: アイスキューブ・ニュートリノ観測所 アイスキューブは共同研究機関とともにニュートリノ発生源[21]、ガンマ線バースト[22]、暗黒物質と陽子の衝突による太陽内部でのニュートラリーノの崩壊[23]、それぞれのニュートリノのエネルギーの上限値を発表した。 文章: VIRGOHI21 VIRGOHI21は、2005年2月におとめ座銀河団の中で発見された。暗黒銀河は、光る物質である恒星をほとんど、あるいは全く含んでおらず、光らない物質であるダークマターにより支えられている銀河程度の大きさの仮想上の天体の事である。VIRGOHI21以前にも、HE 0450-2958やHVC 127-41-330のような暗黒銀河と予想された天体はいくつかあったが、極めて有望な候補として上がった天体としてはVIRGOHI21が初めてである。なぜならば、今まで暗黒銀河とされた候補は、その後の観測でわずかながら恒星を含んでいる事が分かった天体がほとんどであるが、VIRGOHI21は、恒星が全く発見されなかったからである。 文章: 星間雲 星間雲の組成を分析するため、星間雲が発する電磁波の研究が進められている。星間雲を研究する方法のひとつは、ある物質のスペクトルからこの物質を特定しやすい 波長を選び、大型の電波望遠鏡や光学望遠鏡で全天を走査することである。低温の分子雲では長波長の電磁波が観察できる。さまざまな種類の分子の分布図を作成すると、分子雲の組成がわかる。高温雲ではいろいろな元素のイオンがみられ、そのスペクトルは可視光線や紫外線で観測できる。 文章: 暗視野検鏡 蛍光顕微鏡での観察は背景光をカットアウトして励起光のみを観察するため、必然的に暗視野検鏡を行うことになる。 文章: フェルミガンマ線宇宙望遠鏡 フェルミ望遠鏡は、大面積望遠鏡 (LAT) とガンマ線バーストモニター (GBM) という2つのガンマ線観測装置を搭載している。LAT は 20 MeV から 300 GeV 以上のエネルギー帯域を覆う、高エネルギーガンマ線の検出・撮像装置である。全天の約20%の視野を持ち、掃天観測を行うことを目的としている。活動銀河、超新星残骸、パルサーのような高エネルギーガンマ線天体に加え、暗黒物質、宇宙線、星間物質も研究対象である。これとは相補的に、GBM は 8 keV から 30 MeV のエネルギー帯域でガンマ線バーストのような突発天体の観測を行う。 文章: ブラックホール ブラックホールはその特性上、直接的な観測を行うことは困難である。しかし他の天体との相互作用を介して間接的な観測が行われている。X線源の精密な観測と質量推定によって、いくつかの天体はブラックホールであると考えられている。 文章: 現代宇宙論 ビッグバン元素合成や宇宙マイクロ波背景放射、構造形成の研究によって得られる証拠から、我々の宇宙の質量の約25%は非バリオンのダークマターで、目に見えるバリオン物質は約4%に過ぎないことが分かっている。ダークマターの重力効果はよく理解されており、ダークマターは銀河を取り巻くハロー状に存在し、低温(相対論的速度を持たない)で、放射を出さない物質のように振舞う。ダークマターは実験室ではいまだに検出されておらず、その素粒子物理学的性質は全く分かっていない。しかしダークマターの候補は数多く挙げられており、その例としては安定な超対称性粒子、WIMP、アクシオン、MACHOなどがある。また、重力が弱い場合の重力相互作用の式自体を修正する修正ニュートン力学 (MOND) やブレイン宇宙論でダークマターを説明しようとする研究者もいる。 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: 暗視野検鏡 簡単に高いコントラストが得られる手法として、古くから使用されている。近年は無染色で微細な生体構造や運動を観察する方法としても用いられている。例えば光源として超高圧水銀ランプを用いることで、直径20ナノメートル程度の繊維構造の観察に用いられたり、または高輝度照明との組み合わせによる超高速イメージングなどにも用いられている。 文章: 暗黒物質 2013年4月3日、欧州合同原子核研究機関において、サミュエル・ティン(マサチューセッツ工科大学教授)らの研究グループが「暗黒物質が実際に存在する可能性を示す痕跡を発見した」と発表した。国際宇宙ステーション (ISS) に取り付けたアルファ磁気分光器を使い、陽電子を観測した。暗黒物質がニュートラリーノであると仮定すると、互いに衝突して消滅する際に陽電子が飛び出すと考えられている。 文章: 観測可能な宇宙 観測可能な宇宙を構成する可視物質の質量を計算する方法は、1つには、平均太陽質量を仮定し、これに観測可能宇宙内の星の総数をかけることである。宇宙の星の推定総数は、観測可能な宇宙の体積