重力の正体とは 暗黒物質『ダークマター』
この記事では重力についてご紹介します。
とても難しい内容かもしれないので軽く理解してもらえたら嬉しいです。
重力とは一体何なのでしょうか…
無重力の方が私たちからしたら想像することが難しいですよね。何で重力って働くのでしょうか？これってとっても難解な疑問ではありませんか？力が働くとき何かしらの物質がくっついていますよね。
例えば、ボールを動かすには手で押したり、糸で引っ張ったり、触れないとしても風の力（空気）が押しています。
ですが、重力は何かくっついていますか？
相対性理論によると、重力は時空間のゆがみでしたよね。
アルベルト・アインシュタインとは【偉人】 最大の物理学者 相対性理論 - リアイム
※こちらの記事でご紹介しています。
重力をダークマターとして考える学者もいます。
ダークマターを簡潔に説明するなら
・未知の物質
・存在しているはずだが観測はできない。
・重力を生み出しているもの
です。
これまではニュートンの「万有引力の法則」で太陽系についての計算はほぼ説明がついていました。学者たちは太陽系を離れた別の銀河でも、同様に計算ができるだろうと考えていたのです。
ところが宇宙の観測技術が向上し、実際に他の銀河を詳細に観測できるようになった時、これまでの計算方法がまったく通じないことがわかってしまったのです。理論的に導き出された質量と実際に観測された質量の間には、大きな差異が生じていました。
そしてこの観測結果の辻褄を合わせるには、実際に宇宙に見えているものの10倍の物質が必要だということもわかります。それが、ダークマター。観測できないが存在しているといえるのです。
私たちは宇宙のたった5%ほどしか知らない
こちらは宇宙の構成要素のグラフです。
通常の物質が水や空気、鉄といったものです。
宇宙の95%は未知の物質とは驚きですね！
ダークエネルギーは、現代宇宙論および天文学において、宇宙全体に浸透し、宇宙の拡張を加速していると考えられる仮説上のエネルギーである。
と軽く説明するだけにしておきます。
カナダのウォータールー大学の研究者たちが初めて可視化に成功したそう。
直接観測することができない不可視の物質を、「弱い重力レンズ」の影響を調査することで可視化に成功したのは、マイケル・ハドソン博士率いるカナダのウォータールー大学の研究者たちです。
これって観測できてるのかな〜
と思いましたが、どうなのでしょうか。
重力レンズとは、星や銀河などの光源と地球の観測者までの間に巨大な重力源があると、周辺の時空が曲げられて、対象となる星や銀河が歪んだ像となって見える現象のことをいう。そのなかでも「弱い重力レンズ」とは、レンズ源の影響が比較的弱く、多くの天体画像を集計することで、統計的に僅かな歪みがあると判断することができる技術のこと
※難しいので軽く理解する程度で大丈夫です！
ですが、ダークマターの存在について反論する学者もいます。彼らは、ダークマターが無くても銀河の回転曲線問題などを綺麗に説明できると考えています。
そして、ダークマターが存在していないなら宇宙のさまざまな仕組みだけでなく、相対性理論など物理の基礎的な理論が覆される可能性もあります。
ダークマターがあるのか？
これまでの物理学が間違っていたのか？
ダークマターについてもっと深くご紹介していきます。
20 世紀に入り、暗黒物質(ダークマター)があること が明らかになった。その量は驚くべきもので、宇宙全体で通常の物質の5倍以上ものダークマターが存在する。
正体不明とはいえ、満たすべき物理的な条件は限定されている。
- ー電磁波では見えない電気的に中性の物質
- 重力を持つのだか質量がある
- 宇宙の進化に関わる長期間安定な物質
- 銀河のスケールに集まる程度に運動が遅い。
これはシミュレーションの結果、ダークマターが大きな速度でし乱雑に動き回ると小さなゆらぎが消えて天体成長しにくいというのが理由だそう。
宇宙の大規模構造を形成するには速度が小さい 「冷たいダークマター」の方が都合がよい。ダークマターの候補としては、未発のブラックホールや中性子星、白色矮星、褐色矮星 (恒星質量以下の天体) 数ある可能性も議されてきたが、候補は未発見の素粒子です。
上の青文字を簡単にご説明します。
・未発のブラックホール
ブラックホールはご存知かと思いますが、秒速約30万kmの光さえも逃さない強い重力を持っています。
そのため、私たちはブラックホールを光を使って観測することはできません。
・中性子星
質量の大きな恒星が進化した最晩年の天体の一種です。
冬の星座、オリオン座の１等星として有名なベテルギウスはもう寿命で、中性子星になる予定。
このサイズの星の場合超新星爆発を起こし、
もうすでに爆発しているのかもしれません。
・白色矮星
恒星が進化の終末期にとりうる形態の一つ。 質量は太陽と同程度から数分の1程度と大きいが、直径は地球と同程度かやや大きいくらいに縮小しており、非常に高密度の天体である。 シリウスの伴星（シリウスB）やヴァン・マーネン星など、数百個が知られている。
・褐色矮星
その質量が木星型惑星より大きく、赤色矮星より小さな超低質量天体の分類である。 軽水素 (1H) の核融合を起こすには質量が小さすぎるために恒星になることができない亜恒星天体の分類の一つである。
これまでダークマターについて説明しましたが、
証拠はあるんか！？
と疑問に思った方もいるでしょう。
では、ダークマター存在の証拠を2つ掲載します。
ここから結構専門的なので見なくても大丈夫です！
- ダークマターは、電磁波での観測では "見えない" 物質だ。 その存在は、早くも1930 年代に銀河の運動の研究の中でつきとめられた。『かみのけ座銀河団』内部の運動を測定したフリッツ·ツヴィッキーは、銀河団の動きから見積もった全体の質量と見かけの質量のつじつまが合わな い事実に気付いた。秒速 1000km にも達する速度分散で飛び回る銀河がバラバラに飛び散らないよう重重でまとめるためには、銀河団は光って見えている恒星の400倍の質量を持っていなければならない (銀河団までの距離が不正確だったため実際よりも過剰評価ではあったが)。未知の 重力源が大量に存在して運動に影響を及 ぼしていなければ、 銀河団が維持されている説明がつかないのだ。こうして1933 年に見えない質量 dunkle Materie (暗黒 の物質)の存在が指摘された。現在では、銀河団プラズマの線観測や背景の銀河が受ける 「重力レンズ」結果の検出から、 銀河団を包むダークマタ ーの分布が浮かび上がっている。
- 1960年代から渦巻銀河の回転を研究していたヴェラ·ルービンは、アンドロメダ銀河 (M31) の円盤点点する星形成領域の電離ガスのスペクトル観測を行い、銀河の回転速度を測定した。 中心に集まる質量の重力に従って周囲を公転する天 体は、太陽系の惑星に見られるように中心から離れるほど遅くなる「ケプラー回転」を示すはずだ。しかし、実際の銀河円盤の回転速度は外側まで一定になっていた。早すぎる速度で恒星が円盤から飛び出さないためには、銀河は見えている恒星よりはるかに多くの質量の中に埋も れていることになる。 その後、水素ガスの電波観測などによって数多くの渦巻銀河の回転曲線が測定され、恒星やガスの10倍もの見えない質量 (missing mass ) が 銀河を包み込み、その運動を支配していることが明らかになった。「重力レンズ」効果から質量分布を調 べると、銀河の質量の大部分を占めるダークマターは銀可のハローに集中し、普通の物質はその重力場に溜まっている。
以上2つのダークマターの存在の証拠でした。
記事を読んでいていただきありがとうございます。
理解し難いですね。無いと説明がつかない物質。
そして、私たちが知っている物質は宇宙の5%ほど。
もしかしたら見えないだけで、あなたの周りにたくさんあるかもしれませんよ？
アインシュタインの相対性理論の方が説明がわかりやすいと思います。重力を空間のゆがみとして捉えるか、物質として捉えるか。とても難しい問題ですね。
ダークマターについて興味を持っていただけたら
とても嬉しいです！
まとめて欲しい内容があればコメント欄でお待ちしています。
