宇宙の95%は、見えない何かに支配されている!? 宇宙最大の謎、「暗黒物質」

「宇宙って何で出来ているの?」そんな疑問を感じたことはないでしょうか? 実は私たち人間は宇宙のこと、世界のことを何も分かっていないのです。宇宙は謎の物質に支配されていて、宇宙を構成している全ての物質の中で私たちが分かっている物質はわずか5%にか過ぎず、残りの95%は謎に包まれています。この記事ではそんな宇宙の謎に迫っていきます。

ダークマター・ダークエネルギーが何なのか全く分かっていない

人類が宇宙の物質の中で存在が確認できる物質はたったの5%にしか過ぎず残りの95%は全くの謎です。その95%のうち、「ダークマター」と呼ばれる「暗黒物質」が70%を占めており、残りの25%はダークエネルギー「暗黒エネルギー」が占めています。世界の物理学者たちも、それらの暗黒物質、暗黒エネルギーが何でできているかまだわからない、と頭を抱えるほど。

 

ダークマターとは実際には見えない何か。ただ、表現では言い表せられない何かがそこに存在していることだけは分かっています。目には見えない何か、謎の物質ダークマター。私たちの目に見える物質だけで宇宙を理解しようとしても、この宇宙にある全ての銀河や全ての惑星やブラックホールを測定すると、私たちの知っている重力だけでは考えられないことが分かっています。

 

宇宙には私たちの見えている物質以外の残り95%の何かが必要なのです。それがダークマターとダークエネルギーなのです。

 

ダークマターとダークエネルギーの違い

ダークマターとダークエネルギー。その大きな違いは観測ができるかどうかです。ダークエネルギーは通常、天体などで電磁波を放っています。そのため、電波望遠鏡で観測できるかでいないかが両者の違いになります。ダークマターは光も電波も何も発していません。エックス線すらも放たないのです。ですので、当然見ることも出来ないし、何者にも反応しないのです。

なぜ存在がわかったのか?

ここで、ひとつの疑問が生じます。光も電波もエックス線も放たない、謎の物質であるダークマター(暗黒物質)の存在がなぜ分かったのか。ということです。それはダークマターが他の天体と同じく、引力を持っていたからでした。銀河の見えている物質をよく観察すると、目に見える物質だけでは説明がつかないことが分かりました。説明不可能な動きがあったのです。

 

それらの動きはダークマターの引力によって銀河の動きに影響を与えている、と考えられるようになりました。

ダークエネルギーの正体

実はダークエネルギーもまた、ダークマターと同じようにその正体は謎に包まれています。数々の物理学者がその謎を追いかけていますが、有力な仮説のひとつをご紹介します。

 

宇宙は137億年前にビックバンにより始まりました。この宇宙誕生以来、宇宙はずっと膨張を続けています。宇宙を観測すると直感ではビックバン以来、膨張のスピートは一定、もしくは減速していると予測されます。しかし、実際に観測すると宇宙の膨張は減速しているどころかさらにスピードを増して膨張を続けていることが分かっています。

 

そして、宇宙の膨張しているだけではありません。さらに膨張するスピードを増してしるのです。

 

宇宙の中にはは引力を持っている天体があります。この天体が放つ引力に勝り、宇宙空間の膨張をスピードアップさせるためには空間を広げるためには物体の間に働く相互作用が必要になります。この相互作用の源がダークエネルギー(暗黒エネルギー)です。宇宙の膨張のエネルギーの源がダークエネルギーというわけです。

現時点でダークマターについて分かっていること

宇宙そのものの謎に迫るような物質であるダークマター。宇宙空間の70%を占め、宇宙を創世している物質といっても過言ではないでしょう。現時点で分かっていることはダークマターは相互作用を持っている、ということです。現時点では、宇宙空間に光を通すとその光が曲がるので、そこに何かしらの物質が存在していることがわかります。

 

光が曲がることから、重力と関係していることはほぼ確実と言えるでしょう。そしてダークマターについてもうひとつ分かっていることは私たちの知っている物質とは、結合したり原子を作り上げたりなどといった相互作用をしない、ということです。ダークマターは私たちの知っている物質と相互作用しないだけではなく、ダークマター同士もたま相互作用しないのです。

 

これがどういうことなのかというと、独自で何かを創り上げているというわけではなく、ダークマターはただ雲のようにそこら辺りに漂っているだけということです。

WIMPs(Weakly Interacting Massive Particles)

本当に謎の多い、ダークマターですが、これが正体なのではないか?という有力にWeakly Interacting Massive Particles(相互作用の弱い有限質量の粒子)、略してWIMPsがあります。数多くの物理学者たちがこの仮説を謎解きに向かい合い、日々その正体を探っています。

 

先述した通り、人類はダークマターについてそのような物質なのか分かっておらず、概要くらいがかろうじて理解できているという状態。そこにWIMPsという有力仮説が登場したのです。この仮説は「ダークマターは新種の粒子で構成されており、理論で予測はできるが検知はまだできない」というもの。

 

WIMPsは相互作用の極めて低い粒子なのではないか?と考えられています。さらにWIMPsは通常の物質との作用も低いと考えられ、例えば人間の手が壁にぶつかる際にWIMPsにぶつかったとしても、WIMPsは手をすり抜けてしまい、さらには壁をもすり抜けてしまうという性質を持っています。まさに目には見えない何か、なのです。

WIMPsは宇宙空間に大量に存在しますが、必ず大きいといったものでもありません。そのために陽子の何百、何千倍にも重量を持つこともあるのです。そしてWIMPsは人間には認識できないという特性もあります。

多次元宇宙説

ニール・タイソンという天体物理学者がダークマターについてロマンのある仮説を打ち立てているのでご紹介します。それが多次元宇宙論です。ニール・タイソンによるともしかしたらダークマターはもうひとつの宇宙にある普通の重力で、多次元宇宙論的に考えると、それが私たちの宇宙にも影響を与えているのではないか? ということ。

そこに何があるかは分からないけれど、もうひとつの宇宙にとってはそれは普通の物質で、それが見えない形で私たちの宇宙にも干渉しているという。ロマンのある話ですが、まるで映画の中に出てくる話みたいですね。

ただ、昨今ダークマターが存在しない銀河も発見されているので、ダークマターについては謎が深まるばかりです。

ニュートリノ説

ニュートリノ説もダークマターの正体として有力な説のひとつです。ニュートリノは全宇宙で最も小さい素粒子として、長年研究されてきました。それが1980年代になり、ニュートリノに質量があることが証明されてから、ダークマターの正体はこれなのでは? と考えられるようになったのです。

 

ですが、現在ではニュートリノのダークマター説は否定されています。その理由は、ニュートリノに相互作用をもたらすほどの重量がないためニュートリノが宇宙の創世に関わったとは考えにくいからです。

グラビティーノ説

グラビティーノとは、仮想粒子のこと。残念ながら現時点ではその存在は証明されてはいません。このグラビテイーノ説ではすべての粒子には、大小関わらず、それぞれに対応する重い粒子が存在すると考えます。重い粒子が重力を伝達すれば、それに対称性を持つ素粒子も持つことになります。

 

この存在のことをグラビティーノと呼びます。まだ仮説ですが、有力な説のひとつであり、この先もしもグラビティーノが発見されればダークマターの正体につながるのでは? と言われています。

まだまだ謎の多い暗黒物質

ダークマターやダークエネルギーについて仮説は多く存在しますが、まだまだ謎に包まれている物質です。現在最も有力な仮説はWIMPsですが、それだけでは宇宙の創世は説明できないといった声も多くあります。つまり、ダークマターはWIMPsではなく他にあるのではないか?という考えかたです。

 

色々な説はありますが、まだどれもが仮説の段階でダークマター、ダークエネルギー、暗黒物質の正体は未だ証明されていません。ただ最近の宇宙研究ではブラックホールについて初めて撮影が成功したというニュースがあったように、宇宙の研究はかなり進化しています。「暗黒物質」の正体が解き明かされる日も、そう遠くないかもしれません。

 

ダークマターが解明されると、科学の革新にもなり、私たちが身近にダークマター・ダークエネルギーを利用できるようになるかもしれませんね。そうなると人類の技術革新や進化にもつながりそうです。

 

ダークマター・ダークエネルギーは解明されておらず、謎が多いですが、宇宙に存在しているということは私たちの周りにも常に存在している、ということ。私たちが存在を分かっている物質は5%だけで95%は謎に包まれていると思うと何だか不思議な感じがしませんか?