４月度その１０：宇宙の履歴書シリーズ ➡ 暗黒物質ダークマター！

暗黒物質 ダークマター！

2013年現在、宇宙の組成は4.9%が通常の物質、26.8%が正体不明の暗黒物質ダークマター、68.3%がダークエネルギー、とされる暗黒物質です

Wiki [銀河の回転曲線問題 - Wikipedia] や [暗黒物質 - Wikipedia] を引用しています

加えて、東京大学数物連携宇宙研究機構吉田直紀さんの解説資料を引用しています

[http://member.ipmu.jp/naoki.yoshida/darkmatter.html]

銀河は渦を巻く事が多く、美しい形状を示します

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した渦巻銀河M51の中心部

しかし、ここに1980年代に明らかになった問題が一つあり、銀河の回転曲線を求めてみると、その銀河の「目に見える」物質分布から想定される回転速度とは大きく異なり、銀河のかなり周縁部でも回転速度が低下せず、平坦な速度分布をしていることが分かったのです

もし仮に周辺部の回転速度が理論予測通りもっと低ければ、銀河の腕は巻き込まれてしまい、このように美しい形にはならないのです！

典型的な渦巻銀河の回転曲線：

PhilHibbs - 投稿者自身による作品

横軸が銀河中心からの距離（Distance）を縦軸が回転の速さ（Velocity）を表す、暗黒物質を仮定しない理論予測 (A) は実際のほぼ平坦な観測結果 (B) を説明できない

これは、現在知られている通常の物質とは異なり、光を出さずに質量のみを持つ未知の物質が銀河の質量の大半を占めていると仮定する事で説明される

暗黒物質ダークマターとは：

質量は持つが、光学的に直接観測できない、とされる仮想物質「銀河系内にあまねく存在する」が想定されており、間接的にその存在を示唆する観測事実は増えているものの、その正体は未だ不明である

間接的にその存在を示唆する観測事実を挙げると：

＊　銀河の回転速度が、外側領域でも大きく減少しない（上記説明）

＊　銀河団内の構成銀河の速度分散が非常に大きい

＊　多くの銀河団に見られる重力レンズ現象

＊　宇宙の大規模構造の形成

銀河団に付随する暗黒物質の存在証拠 -- 重力レンズ現象：　この中にある明るい部分の多くが、銀河団を構成するメンバー銀河である、よくみると小さな円弧上の明るい部分がたくさんあり、それらは図のほぼ中央をとりかこんでいる、銀河団にある大量の暗黒物質が「重力のレンズ」となって、もっと遠くにある銀河の形を変えてしまう

暗黒物質が「冷たい」とは：

奇妙なことに、暗黒物質の正体は分かっていないが、その性質はおおよそわかっている、最も基本的な性質は、宇宙初期に相対論的であったかどうか、というもので、暗黒物質粒子の速度分散（乱雑な動きの度合い）で決まる、乱雑な動きの大きかったものは「熱い暗黒物質」と呼ばれ、そうでないものは「冷たい暗黒物質」と呼ばれる、この「熱いか冷たいか」という性質は、物質分布の滑らかさに最も顕著に現れる、左下の図は「熱い暗黒物質」モデルにもとづいた宇宙の大規模構造の形成シミュレーション、そして右下の図は「冷たい暗黒物質」モデルにもとづいたものである、そしてさらに下の図は、実際に観測された宇宙の構造を示す、一目瞭然、「冷たい暗黒物質」モデルの方が有力であることはすぐに分かる

シミュレーション結果：

熱い暗黒物質　　　　　　　　冷たい暗黒物質

2ミクロン波長の全天掃引観測・冷たい暗黒物質が起因である事を強く示す

暗黒物質の候補：

色々な候補が挙がっていますが、未知の素粒子もあって、ここでは述べません、ご興味のある方は文頭の文献をご参照下さい

最後にWikiに載っていた「暗黒物質に囲まれた地球の想像図」なるものを載せておきます

NASA/JPL-Caltech

銀河にあまねく存在する、とされていますから、地球は暗黒物質の海に浮かんでいるのでしょうが、上の図を見ても私にはピンとは来ませんが、、、NASAですから、載せておきます

私の疑問は：

光と反応しない質量のみを持つ未知の物質に、地球なり太陽系が埋もれていて、どうしてあんなに高い精度で、人工衛星の軌道、地球と月の位置関係、惑星と太陽の位置関係、等が計算できるのだろう？という事なのです

暗黒物質は、銀河レベルで初めて影響が観測される所の、遠距離で顕著に作用する力？なのでしょうか、ちなみに万有引力は距離の２乗に反比例して作用するのですけれど、ここが違うという事なのでしょうか、そんな事ってあるのかな？

それとも、暗黒物質はニュートラリーノなる未発見の素粒子が候補に挙がっているのだけれど（ちなみにニュートリノは候補から外れています、否定されたようです）、素粒子の海に浸かっていると言うことは密度によるのだろうけれども、太陽系レベルでは誤差範囲程度の影響しか現れず、銀河系レベルで初めて観測できる程度の影響が出るのかな？

分かりづらい内容にお付き合い頂き、誠にありがとう御座いました

感謝です

以上です

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・　本ブログ題名「なぜ地球磁極は逆転するのか？」と件名「太陽黒点数の推移を追う！」は内容に於いて一致しません。　これは、はてなブログ無料版を使っている上で成行き上そう成ってしまったからです。　これを回避するにはproに行くしかないそうです。　現在、proに移行する計画は無く、当面このままで行くしか無い状況です。　混乱させて大変申し訳ないのですが、よろしくお願い致します。

・　尚、太陽の黒点に関する一般的な解説は、こちら： [太陽黒点 - Wikipedia]

最後まで読んで頂き、ありがとう御座いました。

免責：

本ブログにおけるデータハンドリングと解釈・プログラム作成・結果としての内容などに関し、本ブログ著作者はいかなる責任を負うものでもありません。

引用：

[1] 国立天文台太陽観測科学プロジェクト三鷹太陽地上観測

[2] List of solar cycles - Wikipedia