暗黒物質の性質と性質に関する事柄について、天文学者たちはこれまで初期段階にある
この物質の存在に関する理論は次のとおりです。この理論は、銀河内のすべての目に見える天体の質量と銀河自体の質量との間の不一致の説明として 40 年以上前に提唱されました。この矛盾を最初に発見した天文学者ベラ・ルービンは、この目に見えない物質は非常に一般的であり、宇宙の大部分を構成していると断定しました。今日、私たちはこの物質を暗黒物質として知っています。
ベラ・ルービン。写真: カーネギー科学研究所 / carnegiescience.edu
天文学者には少なくとも3つの暗黒物質が存在するという証拠は、その存在の直接の証拠を検出しそしてその特性を決定しようとする試みのどれも成功しなかった。
しかし、エール大学の科学者の仕事は2018年3月にNature誌に掲載されたPeter van Dokkumに率いられ、科学者たちはこれまで以上にこの物質の存在のさらに別の証拠を見つけることに近づいてきました。
天文学者はダークマターについて何を知っていますか？
暗黒物質はそうではない物質です電磁気（EM）または強力な原子力によって他の物質と相互作用します。電磁気的相互作用がないということは、電磁波が光を放出、吸収、反射、屈折、拡散できないことを意味します。これは、もちろん、それを観察のためにかなり複雑な主題にします。しかし、宇宙の全物質の約85％が暗黒物質です。
これまでのところ、科学者はダークマターが実際に存在するという実用的な証拠を持っていませんが、理論的なものがあります。これが3つの主なものです。
銀河回転曲線
あるオブジェクトが他のオブジェクトの周りを回転すると、軌道上の物体は絶えず中心に向かって加速されなければならない（もっと正確に言えば、それらは両方ともそれらが組み合わされた重心に加速される）。この加速がなければ、軌道体は単に飛び去るでしょう。
軌道体が速く動くほど、それを軌道に乗せるためにはもっと加速が必要です。この場合、加速度は重力によるので、これは中心質量がもっと大きくなければならないことを意味します。
この知識は科学者が異なった「重さ」を量ることを可能にします銀河の一部と、回転速度を測定し、銀河の接近側と後退側の赤方偏移を比較します。加重すると、天文学者は銀河系の全天体の質量とその全質量の間に食い違いを見ます。
赤方偏移— 化学元素のスペクトル線のシフト赤（長波長）側へ。この現象は、弱い拡散散乱、ドップラー効果、重力赤方偏移、またはこれらの組み合わせの発現である可能性があります。天体のスペクトルにおけるスペクトル線のシフトは、1848 年にフランスの物理学者イッポリト・フィゾーによって初めて説明され、このシフトを説明するために星の動径速度によって引き起こされるドップラー効果を提案しました。
重力レンズ
一般相対性理論によれば、それが重力場を通過する時間はわずかに歪んでいます。それは重力レンズとして働き、例えば以下の図のように「アインシュタインの輪」を作り出すことができます。
アインシュタインの一般相対性理論銀河のような大きな宇宙物体の重力が周囲の空間を曲げて光線をそらすことこれが起こると、別の銀河の歪んだ像 - 光源ができます。
上の画像の「アインシュタインの指輪」は中心にあるもう1つの（赤）銀河の後ろにある、1つの銀河の歪んだ画像（青で強調表示されています）。青からの光はあらゆる方向に伝播しますが、赤い銀河の重力によって曲げられます。これは、例えば元々地球に直接向けられていた光が、私たちの惑星に到達することは決してないということを意味します。このプロセスはリングの外観を説明します。
弱い重力レンズでは、統計的には私たちが受け取る光の歪みを分析することで、地球と遠く離れた銀河の間の重力場を「認識」することができます。この分野には科学者が説明できる以上の質量、つまりより多くの物質が存在することがよくあります。
既存の理論の観点から暗黒物質の存在を証明する重力レンズの一例は、りゅうこつ座にあるバレット銀河団の写真です。
この画像は、2 つの銀河の衝突の余波を示しています。画像の赤は目に見える物質の領域を示し、青は暗黒物質を示しており、その存在は重力レンズによって決定されます。
この違いは、銀河団の中の発光物質の大部分は、高温の高密度プラズマの中の、クラスター内媒体の中にあります。プラズマの一部が互いに衝突すると、かなりの量の物質が減速して中心に残ります。しかし、暗黒物質は物質と弱く相互作用するので、2つのクラスターからのその成分は互いに自由に通過することができます - これは写真に示されているように分離を引き起こします。
遺物の放射線
その後最初の数十万年の間にビッグバンでは、宇宙は高度に電離されるほど高温でした。これにより一時的に光がほとんど不透明になり、光子は他の粒子と同じように回転しました。しかし、物体が十分に冷えると、かなりの量の陽子と電子が結合して中性水素を形成し、周囲のほとんどの光に対して十分に透明になりました。このプロセスは（宇宙論的時間の観点から）非常に早く起こりました。その結果、比較的言えば、宇宙に含まれるすべての光が突然放出され、その進化のその段階でスナップショットを撮りました。これは、宇宙マイクロ波背景放射を説明するための簡略化された方法です。
この光を検出するために、科学者は次のことを行うことができます。電波望遠鏡をどの方向に向けても、観測する場所によって温度は微妙に変化します。温度の違いは、この領域における暗黒物質の有無によって説明されます。
最初の銀河には珍しいものがありますか？
DF2 は大きなグループの一部である銀河ですこの銀河は、トンボとスローンのデジタル スカイ サーベイ (SDSS) によって撮影された写真では異なって見えるため、科学者の注目を集めました。 1 つ目では銀河はかすかな光の点として見えましたが、2 つ目では点状の物体のグループでした。
これらの観察に基づいて、科学者たちは、ピーター・ファン・ドックムは銀河内部に10個の球状星団（古い星の大きなグループ）を特定し、それらが大量の暗黒物質がある場合よりも3倍遅く移動することを発見した。実際のところ、銀河の質量が目に見える天体の質量よりも大きければ、銀河団はより速く回転するでしょう。
科学界はこの出版物を批判的に評価した— 研究者の間違いは、わずか 10 個のクラスターを、しかも 2 晩だけ観察したことだった。懐疑論者たちは、科学者たちが星団の運動に関する重要な詳細を見落とし、その結果、銀河の質量と目に見える物質の推定値が歪められた可能性があると信じていた。
そして第二に？
彼らの正当性を証明する唯一の方法観測は、最少量のダークマターを含む2番目の銀河の探索でした - そして2019年3月にそのような銀河が発見されました。
研究者らは 2 つの科学論文を発表しました。彼らは、ハッブルの高性能カメラとハワイのケック天文台にある 10 メートル望遠鏡を使用して、DF2 の質量を初めて再測定しました。今回、天文学者たちは星団の移動速度だけでなく、その中の星の回転速度も観測した。その結果、科学者らはDF2が透明な超拡散銀河であり、その大きさが天の川銀河とほぼ同じであることを証明した。ただ、そこにある星の数は約200分の1でした。
2番目の記事はそのような発見に捧げられましたDF2銀河 - 銀河NGC 1052の隣の同じ星団にあるDF4。研究者たちは、第一に、暗黒物質の量が最小の銀河は珍しいことではないと考えています。小さい隣人からの問題。
暗黒物質の欠如はどうしてその存在の証拠となり得るのでしょうか。
暗闇の不在という声明を理解する二つの銀河の中の物質は相対性理論の一般理論に従って宇宙におけるその存在を確認している、それはダークマターの存在の考えに対する批判を考慮する価値がある。
何人かの科学者は宇宙でそれに同意しない暗黒物質が存在し、その存在の理論的証拠はいわゆる修正ニュートンダイナミクス（MOND）によるものです。この代替理論は、宇宙スケールでの重力は、Isaac NewtonやAlbert Einsteinの予測どおりには機能しないと言っています。これは、暗黒物質の存在についての理論が構築されている一般相対性理論が銀河の場合には機能しないことを意味します。
たとえば、理論物理学者のエリック・バーリンデ氏は、アムステルダム大学は2016年に、量子相互作用の副産物としての重力を調査し、暗黒物質に起因すると考えられる追加の重力は、宇宙の時空構造に織り込まれた背景エネルギーである暗黒エネルギーの影響であると示唆する科学論文を発表した。
言い換えれば、ヴァーリンデは、暗黒物質は物質ではなく、通常の物質と暗黒エネルギーの間の相互作用にすぎないと信じています。
エール大学から科学者の発見両方の検出された銀河が標準的な重力理論に従って振舞うならば、暗黒物質は普通の物質から分離することができることを示しています。つまり、ニュートンとケプラーによって発見された方程式を使って、それらの中で起こる過程を説明することができます。
質問は何ですか
成功すれば天文学者による発見今後の観測によって最終的に確認されたことは、銀河形成に関する既存の理論に疑問を投げかけるものである。特に、より大きなNGC 1052がDF2とDF4から暗黒物質を「盗む」可能性があるという仮定について話しています。これが本当に可能であれば、観測された両方の銀河で観察される秩序が保たれているという条件で、天文学者は銀河の形成と存在のメカニズムを完全に再考する必要があるだろう。
「私たちはどれほど一般的なのかを知りたいと思っていますこれらの銀河とそれらが宇宙の他の地域に存在するかどうか。それらの特性が現在の理論とどのように矛盾しているか、または矛盾しているかを理解するのに役立つ、より多くの証拠を見つけたいと思います。 Dokkumは天文学との対話の中で、次のように述べています。