ダークマター

●宇宙は謎に包まれているが、天文学者が悩んでいる問題に「ダークマター」がある。事の起こりは銀河の星々の観測から。夜空のアンドロメダ銀河などを見ると、中心部に多くの星が集まり外側に行くほどまばらになって渦巻きを形成している。という事は中心部に大質量の塊があり、その周りを星が回っていると考えても良さそうである。われわれの太陽系を考えると、太陽の周りを惑星が回転しているが、内側の惑星ほど回転速度は速い。ケプラーの法則が示す所だ。これと同様に銀河を見たとき、中心に近い星ほど早く回転していることが予想できる。ところが実際観測してみると、外側の星も内側の星もほとんど速度が変わらないことが分かってきた。これが天文学者を悩ませた問題だった。この観測事実を説明するためには銀河は眼に見えている通りの質量分布をしているのではなく、銀河全体を物質が均質に覆っている見えない物質があると考えないと説明できない。計算によると、見えているのは銀河全質量の約10％で、残りの90％が見えない物質から成り立っているということになる。これが見えない物質すなわちダークマターが天文学者に初めて注目され始めたきっかけである。 ダークマターは質量を持っているものの、光や電波などを放出することがないため、「どこにどれだけのダークマターが存在しているのか」を知るのは困難である。現在使われているひとつの方法は、後で説明する重力レンズ効果を利用したものだ。 　もうひとつダークマターと関連して、宇宙論から指摘されているのにミッシングマス（失われた質量）問題がある。見えない物質が宇宙に広がっていると考えないと、現在の見えている宇宙の姿を形成できないという問題だ。 それではダークマターをどうやって観測したらいいのか？そのためにはその候補となるべき天体や物質を仮定して、果たしてそれが実際にどのくらいあるのか観測しなければ最終的結論に到達しない。現在その候補として考えられているものに次のようなものがある。 ●赤色矮星 ●褐色矮星 ●白色矮星 ●中性子星 ●ブラックホール ●水素原子、水素分子、水素イオン ●質量ニュートリノ ●モノポール（磁気単極子） ●超対称性粒子 ●アクシオン それぞれ検討されているが、最後の３つは理論的に予想されているがまだ検出されていないエキゾティック粒子と言われるものだ。またニュートリノは質量を持つかどうかは検証されていない。 どれも問題を抱えているが、これらの総合的な寄与がダークマター問題を解決する糸口になるものと思われる。

●最近、ダークマターの分布を調べた結果がＮＡＳＡから発表された。ただそれがどんな物質であるかは未だに分からない。 HST（ハッブル望遠鏡）が、2平方度という広さにある約50万個の銀河の形を調べた。もし銀河の手前にダークマターが多く集中していると、強い重力によって光が曲げられ、銀河の形はゆがんで見える（一般相対性理論）。窓の向こうに見える景色のゆがみ方からガラスの凹凸がわかるのと同様に、この「重力レンズ効果」によって手前のダークマターの分布が分かるという仕掛けだ。 また、すばる望遠鏡はHSTが観測した約50万個の銀河をさまざまな波長で観測することで、それぞれの銀河までの距離を明らかにした。HSTとすばるのデータを組み合わせることで、われわれから約80億光年の距離までのダークマターの3次元分布が明らかにされた。観測を通じてこれほどの広さにわたってダークマターの空間分布が求められたのは初めてのことである。注目すべきことは、ダークマターの分布が、目に見える銀河の分布とほぼ同じである点だ。と言うことは、銀河はダークマターの密度が大きくなっている領域に集中していることになる。ダークマターと銀河の形成との関係が明らかにされようとしている。

【上図】左手前がわれわれに近い宇宙であり、右奥ほど遠い。一番右奥は約80億光年の距離。（提供：Joshua Bloom & Daniel Perley/UC Berkeley）

すばる望遠鏡 Hubble Newscenter

記：2007/1/18