どうした？

この Hyper Suprime-Cam の画像は、銀河団の小さな (14 分角 x 9.5 分角) セクションを示しており、暗黒物質の集中の輪郭と、等高線で描かれた別の部分の輪郭を示しています。恒星と銀河は、規則的な「光る」物質で構成されています。すばる望遠鏡/国立天文台

私たちは物質に囲まれています。実際、私たちは問題です。私たちが宇宙で検出するものはすべて物質でもあります。これは非常に基本的なことであり、すべてが物質でできていることを単純に受け入れています。地球上の生命、私たちが住んでいる惑星、星、銀河など、すべての基本的な構成要素です。通常、質量があり、一定の空間を占めるものとして定義されます。

物質の構成要素は「原子」と「分子」と呼ばれます。それらも問題です。私たちが通常検出できる物質は「バリオ物質」と呼ばれます。しかし、そこには直接検出できない別の種類の物質があります。しかし、その影響は可能です。それは呼ばれています 暗黒物質 .

通常の物質

通常の物質または「バリオン物質」を研究するのは簡単です。それは、レプトン (電子など) とクォーク (陽子と中性子のビルディング ブロック) と呼ばれる亜原子粒子に分解できます。これらは、人間から星までのすべての構成要素である原子と分子を構成するものです.

原子、陽子、中性子、電子を含む原子モデルのコンピューター イラストレーション。これらは通常の物質の構成要素です。 サイエンスフォトライブラリ/ゲッティイメージズ

通常の物質は発光します。つまり、電磁的および重力的に他の物質と相互作用します。 放射線 .星が輝いていると思うように、必ずしも輝いているとは限りません。他の放射線 (赤外線など) を放出する場合があります。

物質が議論されるときに出てくるもう 1 つの側面は、反物質と呼ばれるものです。それを通常の物質の逆（またはおそらく鏡像）と考えてください。科学者が話しているとき、私たちはそれについてよく耳にします 電源としての物質/反物質反応 .反物質の背後にある基本的な考え方は、すべての粒子には同じ質量で反対のスピンと電荷を持つ反粒子があるということです。物質と反物質が衝突すると、互いに消滅し、純粋なエネルギーが生成されます。 ガンマ線 .そのエネルギーの生成は、それを利用することができれば、それを安全に行う方法を見つけ出すことができる文明に莫大な量の電力を提供するでしょう.

ダークマター

通常の物質とは対照的に、暗黒物質は発光しない物質です。つまり、電磁的に相互作用しないため、暗く見えます (つまり、光を反射したり放出したりしません)。暗黒物質の正確な性質はよくわかっていませんが、他の質量 (銀河など) への影響が注目されています。 ヴェラ・ルービン博士などの天文学者 その他。ただし、その存在は、通常の物質に対する重力の影響によって検出できます。たとえば、その存在は、たとえば銀河内の星の動きを制限する可能性があります。

宇宙の暗黒物質。 WIMPで作れますか？この Hyper Suprime-Cam の画像は、銀河団の小さな (14 分角 x 9.5 分角) セクションを示しており、1 つの暗黒物質の集中の輪郭と、等高線で描かれた別の部分の輪郭を示しています。 すばる望遠鏡/国立天文台

現在、暗黒物質を構成する「もの」には 3 つの基本的な可能性があります。

• 冷たい暗黒物質 (CDM): 冷たい暗黒物質の基礎となる可能性がある弱相互作用質量粒子 (WIMP) と呼ばれる 1 つの候補があります。しかし、科学者はそれについて、または宇宙の歴史の初期にどのように形成されたのかについてあまり知りません. CDM粒子の他の可能性にはアクシオンが含まれますが、検出されたことはありません。最後に、暗黒物質の測定された質量を説明できる MACHO (MAssive Compact Halo Objects) があります。これらのオブジェクトには、 ブラックホール 、 古代 中性子星 と惑星オブジェクトこれらはすべて非発光性 (またはほぼ非発光性) ですが、それでもかなりの量の質量を含んでいます。それらは暗黒物質を都合よく説明するでしょうが、問題があります。天文学者が「そこに」発見した暗黒物質を説明するには、それらの数が多く（特定の銀河の年齢を考えると予想されるよりも多く）、それらの分布が宇宙全体に信じられないほどよく広がっている必要があります.したがって、冷たい暗黒物質は「進行中の作業」のままです。
• 暖かい暗黒物質 (WDM): これは無菌ニュートリノで構成されていると考えられています。これらは、通常のニュートリノに似た粒子であり、はるかに質量が大きく、弱い力を介して相互作用しないという事実を除けば. WDM のもう 1 つの候補はグラビティーノです。これは、超重力理論が存在する理論上の粒子です。 一般相対論 そして超対称性 - 牽引力を得る. WDM も暗黒物質を説明する魅力的な候補ですが、無菌ニュートリノまたはグラビチノの存在は推測の域を出ません。
• ホットダークマター (HDM): ホットダークマターと考えられる粒子はすでに存在しています。それらは「ニュートリノ」と呼ばれています。彼らはで旅行します ほぼ光速 暗黒物質を投影するような方法で「凝集」しないでください。また、ニュートリノはほとんど質量がないことを考えると、存在が知られている暗黒物質の量を補うには信じられないほどの量のニュートリノが必要になります。 1つの説明は、すでに存在することが知られているニュートリノに似た、まだ検出されていないタイプまたはフレーバーのニュートリノがあるということです。ただし、質量が大幅に大きくなります (したがって、速度が遅くなる可能性があります)。しかし、これはおそらく暖かい暗黒物質に似ているでしょう。

物質と放射線の関係

物質は宇宙に影響を与えずに正確に存在するわけではなく、放射線と物質の間には興味深い関係があります.この関係は、20 世紀の初めまでよく理解されていませんでした。その時、アルバート・アインシュタインは、 案件 そしてエネルギーと放射線。彼が思いついたのは次のとおりです。彼の相対性理論によれば、質量とエネルギーは等価です。十分な放射 (光) が十分に高いエネルギーの他の光子 (光の「粒子」の別の言葉) と衝突すると、質量が生成されます。このプロセスは、科学者が粒子コライダーを備えた巨大な研究所で研究しているものです。彼らの研究は物質の核心を深く掘り下げ、存在が知られている最小の粒子を探しています。

したがって、放射線は明示的に物質とは見なされませんが (少なくとも明確に定義された方法では、質量や占有体積はありません)、物質に関連しています。これは、放射が物質を生成し、物質が放射を生成するためです (物質と反物質が衝突するときのように)。

ダークエネルギー

物質と放射線の関係をさらに一歩進めると、理論家は、神秘的な放射線が私たちの体内に存在することも提案しています。 宇宙 .それは呼ばれています 暗黒エネルギー .その性質はまったく理解されていません。暗黒物質が理解されれば、暗黒エネルギーの性質も理解できるようになるかもしれません。

によって編集および更新されましたキャロリン・コリンズ・ピーターセン。