暗黒物質とは何ですか？
天文学と宇宙論、さらには理論物理学における暗黒物質 - 形
暗黒物質の概念が理論のために導入されました銀河の外側の領域の異常に高い回転速度と重力レンズ効果の影響における隠れた質量の問題の説明（それらは通常の可視物質の質量よりもはるかに大きい質量の物質を含みます）;とりわけ、それは最も満足のいくものです。
実在する暗黒物質の組成と性質瞬間不明。一般的に受け入れられている宇宙論的モデルの枠組みでは、コールドダークマターのモデルが最も可能性が高いと考えられています。粒子の役割の最も可能性の高い候補は弱虫です。活発な検索にもかかわらず、それらはまだ実験的に発見されていません。
「暗黒物質」という言葉自体が初めてかもしれない速度の分布に基づいて銀河内の星の質量を推定するために使用されました。最終的に、この用語は正確に、重力の影響によってのみその存在を判断できる、観察できない物質の意味で使用されるようになりました。
COSMOSプロジェクトの枠組みの中で弱い重力レンズ効果の方法を使用して作成された暗黒物質の分布の3次元マップ。
暗黒物質の存在に関する代替理論
- 重力の代替理論
観察された現象を説明しようとすると、これに基づいて、全体として、暗黒物質の存在の必要性について結論が出されましたが、この概念を含まずに、最初に、一般に受け入れられている長距離での重力相互作用の法則の有効性に関する考慮事項が表明されました。
最も有名なのは修正されたものですニュートン力学 (MOND) は、イスラエルの天体物理学者モルデチャイ・ミルグロムによって 1980 年代初頭に提案された理論であり、銀河の回転曲線の観察された形状を説明する方法で、宇宙の一部の領域でより強い相互作用を生み出す重力の法則の修正です。 。
2004年、理論物理学者のヤアコフは、同じくイスラエル出身のベケンシュタインは、この仮説を相対論的に一般化した重力のテンソルベクトルスカラー理論を開発しました。これは、観察された重力レンズの効果も説明しています。
さらに、2007 年にカナダの物理学者ジョン モファットは、スカラー テンソル ベクトル重力理論とも呼ばれる修正重力理論を提案しました。
修正重力理論の支持者現在、暗黒物質粒子の直接検出に関する実験から肯定的な結果が得られていないことを、彼らに有利な議論として考えてみましょう。
一方、現在、ほとんどの科学者は、MOND に基づく計算では矛盾が示されているため、MOND は認識されません。重力に関する代替理論の問題は、たとえ暗黒物質の存在の結果である個々の影響を正当化するとしても、それらが依然として全体として考慮されていないことです。
彼らは観察された行動を説明していません衝突する銀河団であり、初期の宇宙に大量の非バリオンの目に見えない物質が存在するという宇宙論的議論と矛盾しています。
エイベル2218銀河団
- プラズマ宇宙論
この理論は1960年代に開発されましたハンス・アルヴェーン（1970年ノーベル賞受賞者、磁気力学の発見）というスウェーデンの物理学者による-そうすることで、彼は地球近傍プラズマ（オーロラ）の研究の経験とクリスチャン・ビルケランドの初期の研究を利用しました。
理論の基礎は次の仮定です。電気力は、遠距離（銀河および銀河団の規模）では重力よりも重要です。プラズマが宇宙全体を満たし、良好な導電性を持っていると仮定すると、プラズマは数十メガパーセクの規模で膨大な電流（約 1017 ～ 1019 アンペア）を流す可能性があります。
このような電流は強力な銀河磁場を生成し、それが銀河とその銀河団 (銀河の糸またはフィラメント) の両方の構造を形成します。
このような強力なフィールドの存在は簡単に説明できます銀河腕の形成（銀河腕の形成理由についてはまだ合意がありません）、半径からの銀河円盤の回転速度の分布により、暗黒物質のハローを導入する必要がなくなります。
しかし現時点では、現代の天体物理学では、数十メガパーセク規模のこのような強力な電流や、銀河間および銀河内の高い磁場は観測されていません。
プラズマ宇宙論の仮定アルフベンとアンソニー・ペラットによってなされた、大規模な宇宙の繊維状細胞構造と均質性（いわゆる宇宙の大規模構造）は、1980 年代後半から 1990 年代の観測によって予期せぬ形で確認されましたが、これらの観測はまた、一般に受け入れられている宇宙論モデルの枠組みの中で説明されています。
宇宙の繊維構造を説明するには現在、重力不安定性によるフィラメント形成の理論が使用されています（最初は、質量のほぼ均一な分布がコースティクスに集中し、フィラメントの形成につながります）。暗黒物質の成長構造に基づいて、目に見える物質の構造がそれに沿って変化します。物質が形成される（このような暗黒物質構造の起源は、インフレーションの過程における量子ゆらぎによって説明される）。
現在、プラズマ宇宙論はビッグバンの進路に沿った宇宙の発展を否定しているため、この理論は人気がありません。一方、ビッグバン理論を放棄し、宇宙の年齢が135億年をはるかに超えると考えると、隠れた質量は、白色矮星から進化した黒色矮星などのMACHOオブジェクトによって主に説明できます。数百億年以上にわたって冷えてきました...
- 他の次元からの物質（平行宇宙）
いくつかの異次元理論では、重力を私たちの異次元空間に作用することができる独特なタイプの力として受け入れています。
この仮定は説明に役立ちます他の3つの基本的な相互作用（電磁、強い、弱い）と比較した重力相互作用の相対的な弱さ：重力は、余分な次元で大量の物質と相互作用できるため、他の相互作用にアクセスできない障壁を貫通するため、弱いです。
つまり、暗黒物質効果により、これは、私たちの通常の次元からの目に見える物質と、重力を介した他の（余分な、目に見えない）次元からの巨大な物質との相互作用によって論理的に説明されます。同時に、これらの次元とその中のこの物質は、他の種類の相互作用を決して感じることができず、相互作用することもできません。
別の次元にある物質（実際には平行宇宙) は、私たちの測定と同様の方法で構造 (銀河、銀河団、フィラメント) を形成することも、独自のエキゾチックな構造を形成することもできます。これは、私たちの測定では、目に見える銀河の周りの重力のハローとして感じられます。
宇宙の構造の進化の数値モデリングの結果
- 位相空間の欠陥
暗黒物質は原始的かもしれません（ビッグバンの時に発生）エネルギーを含むことができる空間および/または量子場のトポロジーの欠陥、それによって重力を引き起こします。
この仮定を検討してみると、正確で継続的に同期される（GPSを使用）原子時計を備えた宇宙探査機の軌道ネットワーク（地球の周りまたは太陽系内）を使用して検証され、このネットワークを介したトポロジー欠陥の通過を記録します。
効果は説明のつかないものとして表示されます（一般的相対論的理由）これらの時計のコースの不一致。これには明確な始まりがあり、時間とともに終わりがあります（移動の方向とそのような位相欠陥のサイズによって異なります）。
暗黒物質のない銀河
科学者たちは暗黒物質のない銀河を見つけていますが、それらがどのように形成されたかを説明する方法はありません。
- NGC1052-DF2
NGC1052-DF2 銀河には、本来あるべき暗黒物質の少なくとも 400 分の 1 が存在します。
を使用して実行した測定結果ケック天文台の 10 メートル望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡 (これらは現在入手可能な最高の天文観測機器です) も、NGC1052-DF2 には暗黒物質がまったく存在しないことを認めています。
大きな望遠鏡でしか見えないこの銀河は、太陽と同じ1億個の恒星レベルの全光度を持ち、その質量は太陽の約2億倍です。これらのパラメータによると、NGC1052-DF2は一般的なシリーズと比べてそれほど目立つものではありません。
しかし、彼女の10の中に何が見つかりますか比較的明るい物体であり、これにより、多くの画像で、銀河はぼやけた雲ではなく明るい点のセットであることが判明しましたが、これはすでにはるかに興味深い事実です。天文学者にNGC1052-DF2に向けて密集したスケジュールで望遠鏡を配備することを強制したのは彼でした。
研究者らによると、これらの明るい点は、は球状星団ですが、その数と光度の分布は非常に異常であるため、天文学者はこの出版物でこれらの天体について詳細に語ることさえ拒否し、まだ準備中の別の出版物でこれについてさらに詳しく説明することを約束しました。
NGC1052-DF2を他と比較してみると同じ質量の銀河であれば、暗黒物質の目に見えないハローは天文学者が発見したものよりも 400 倍重いはずであり、非常に珍しい結果です。
- NGC 1052-DF4
科学者は追加の研究の結果を説明しますこの観測により、星の運動に基づいて速度分散のより信頼性の高い推定を行うことが可能になりました。その結果、天文学者は、誤差が著しく小さい (約 30%) 秒速 8.5 キロメートルという値を受け取りました。
これらのデータから、総質量は次のようになります。銀河は発光物質の質量にほぼ等しいので、この場合は暗黒物質を導入する必要がありません。科学者たちはまた、近くで同様の銀河NGC 1052-DF4を発見しました。これもまた、恒星の速度の分散が非常に低く、毎秒約4.2キロメートルですが、この場合の誤差は約80％です。
著者らによれば、得られたデータは高度なものであるという。この性質は、暗黒物質のない 1 つの例外的な銀河だけでなく、新しいクラスの同様の天体の存在についての説得力のある証拠を提供します。
また、これらの結果はそうではないことを思い出させます暗黒物質の仮説に反論することは決してありませんが、逆に、その必要性を確認します。それによって記述された効果が実際に通常の物質によって生成された場合、そのような状況は発生しません。暗黒物質のないオブジェクトが見つかったためです。 、そしてこれは直接関係のない2つの別々のタイプの物質の存在について正確に語っています。
どうして銀河は暗黒物質なしで存在できるのでしょうか？
観測から判断すると、暗黒物質（周囲の物質と弱く相互作用する物質で、宇宙の質量の26.8％を占めると考えられている）は事実上含まれておらず、この物質の性質についての天文学者の理解を複雑にしている。
最近の結果として発見されたそのようなオブジェクトこれらの観測は、天体物理学者によって採用されたラムダ-CDM宇宙論モデルに挑戦します。それによれば、すべての銀河は暗黒物質の巨大なハローに囲まれているはずです。
暗黒物質のない物体はあまりありません天文学者によってよく研究されています。それらの形成の可能なメカニズムを研究する1つの方法は、発達の異なる段階でそれらのいくつかを観察することです。コンピュータモデルを使用して銀河に関する情報を処理することにより、銀河の進化を追跡することが可能になります。
これらの構造を理解するために科学者たちは、星のライフサイクル、超新星とブラックホールの影響、銀河の合体を考慮に入れたIllustrisモデルを使用して進化をモデル化しました。研究者たちは、モデルによって作成されたシステムで、同じ数の星、球状星団の数、および暗黒物質の質量を持ついくつかの「矮小銀河」を発見しました。
名前が示すように、矮小銀河は小さく、数十億の星で構成されています。対照的に、20 以上の既知の矮小銀河によって周回されている天の川には、2,000 億から 4,000 億個の星があります。
球状星団はしばしば評価に使用されます銀河、特に小さな銀河の暗黒物質の含有量。天体物理学者は、矮小銀河がそれら自身の重力によってそれらの構成物質を「押し出す」結果としてそれらの暗黒物質の90％を失ったことを発見しました。
一番下の行は何ですか？
暗黒物質がなければブラックホールの発見は不可能存在しないということです。それどころか、速度による典型的な星の分布が存在しない銀河は、観測結果を暗黒物質とは関係のない何らかの普遍的な効果に帰しようとする理論の立場を損なうことになります。
それは修正ニュートン力学です星は常にほぼ同じ速度で銀河の中心の周りを回転するはずであり、NGC1052-DF2 はこのモデルに反するものですが、すでに多くの専門家の支持を失っています。
暗闇のない銀河の存在を認める当然のことながら、現代の天体物理学はうまくいくかもしれませんが、万有引力の法則が宇宙のさまざまな部分で選択的に機能するという考えは少なくとも疑わしいものです。
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