プレスリリース Press Release
発行 No.659
平成 28 年 1 月 29 日
東邦大学サイエンスインタープリテーション〔科学解説〕

暗黒物質 ダークマター～宇宙進化の解明のカギとなる正体不明の物質～
２０１６年２月１２日に X 線天文衛星 ASTRO-H の打ち上げが予定されています。宇宙の成り立ちの解明のため、日本はこれまでも５機の X 線天文衛星を打ち上げていますが、ASTRO-H は最大規模の X 線天文衛星で、X線からガンマ線まで、これまでにない非常に広い波長域において高感度での観測を可能にします。これにより飛躍的に宇宙の謎の解明に迫ることができると期待されます。
本稿では、サイエンスアドバイザーとして ASTRO-H プロジェクトに関わる理学部物理学科の北山哲 教授が、宇宙進化の解明のカギとなる 「ダークマター（暗黒物質）」 について解説します。

そもそも X 線で宇宙を見るとは？
私 たちが普 段 「光 」という言 葉 を使 うときには、「目 に見 える光 （可 視 光 ）」を指 すことが多 いと思 います。しかし、実は光には可視光の他にも、波長（あるいはエネルギー）によって、電波や赤外線、紫外線、X 線、ガンマ線 といったさまざまな種 類 があり、これらはまとめて電 磁 波 とも呼 ばれます。つまり、私 たちの目 では直 接 捉えることのできない、さまざまな光（電磁波）が存在するのです。

私 たちの身 の周 りにある物 質 は、原 子 で構 成 されています。原 子 は光 を放 ちますが、どの種 類 の光 を出 すのかは温 度 に依 存 しており、温 度 が高 くなればなるほど波 長 の短 い光 を放 ちます。例 えば、人 間 の体 温 では
赤 外 線 が放 出 され、太 陽 の表 面 は約 ６千 度 で可 視 光 を放 ちます。そして、宇 宙 の原 子 のほとんどは、温 度 が数百万度～数億度という非常に高温なガスとして存在し、X 線を放出していると考えられます。
そのため、宇宙を観測するには X 線を特殊な機器で捉える必要があるのです。そうすることで、高温ガスが生み出されるような激しい環境（超 新星残骸、ブラックホールの周辺、銀河団 など）が宇宙のどこにあり、どのような性質なのかなど、可視光では見ることの出来ない宇宙の核心を探ることができるのです。

東邦大学サイエンスインタープリテーション：ダークマター（1 / 3）

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ダークマターとは、どんな光でも捉えることのできないナゾの物質
しかし、光（電磁 波）で捉えることのできる原 子 だけでは、宇 宙の観測を全て説明しきれません。その他のなにか、「未知の物質」の存在を認めることで初めて説明できることが多くあります。それが本稿でキーワードとしている「ダークマター（暗黒物質）」なのです。
ダークマターとは、光を出さず、それにも関わらず質量は持っていて、周囲に重力を及ぼしている物質のことです。可視光に限らず、電波や X 線など、どのような波長の光でも直接捉えられていないため、ダーク（暗黒）マター（物 質 ）と呼ばれています。その正体 については、様々な候補 が提案 されていますが、現在 のところまだはっきりと分かっていません。
ダークマターについて驚 くべきことは、その量 の多 さです。星 がたくさん集 まった集 団 が銀 河 で、さらに銀 河が数 十 個 から数 千 個 集 まった天 体 が銀 河 団 ですが、その銀 河 団 の全 質 量 の約 ８０％は、未 知 の物 質 であるダークマターが占めています。すなわち、正体不明の物質が宇宙のほとんどを占めているのです。

ダークマターの存在を裏付ける３つの証拠では、ダークマターは光 を放出 しないのに、どうしてその存 在がわかるのでしょうか？少なくとも、以 下の３つの証拠から、銀河団に大量のダークマターが存在することが裏づけられています。

・【高温ガスの存在】
銀 河 団 に非 常 に高 温 のガスが留 まっている、という事 実 です。重 力 が十 分 に強 くなければ、高 温 ガスは拡 散 して銀 河 団 の外 に逃 げてしまうはずですが、そうでないことから、大 量 のダークマターが存 在 して、ガスを引き寄せていることがわかります。
・【銀河の運動】
銀 河 団 に含 まれる銀 河 は、静 止 してはおらず、毎 秒 数 百 ～１千 km という高 速 で動 き回 っています。
このような速さで運動する銀河を引き寄せておくためにも、ダークマターの重力が必要になります。
・【重力レンズ効果】
重力が発生している所を光が通過する際に、光があたかもレンズを通過したときのように曲げられるなどの現 象がみられ、重 力レンズ効 果と呼ばれています。我 々から見て銀河団の向 こう側にある天体が放出している光が、ダークマターによる重力レンズ効果を受けていることが観測されています。

東邦大学サイエンスインタープリテーション：ダークマター（2 / 3）

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宇宙進化の解明に向け ASTRO-H がもたらすもの
ダークマターは宇宙 の成 り立ちに大きく関わっていると考えられ、今 日得られているさまざまな観 測 データをダークマターの存在なしに説明することはできません。
ASTRO-H は、これまでの X 線天文衛星よりもはるかに正確に X 線の波長を測ることができる「軟 X 線分光検出器」や、波長の短い（エネルギーの高い）X 線を観測できる「硬 X 線撮像検出器」を搭載しています。これ
らにより、銀河団中の高温ガスの温度や組成をこれまでよりも高精度で測定できます。さらに、今回初めてガスの運動速度を測定することも可能となります。そのため、銀河団の重力を支配するダークマターの分布を正確に知ることができると期待されます。また、ダークマターの正体は未だに謎ですが、候補とされている粒子の中には、ごくまれに X 線を放出すると予想されているものもありますので、もしそれが検出されれば、ダークマターの正体にさらに迫ることができると考えられます。
このように ASTRO-H による観測データからは、宇宙の成り立ちや進化の解明に直結する情報がもたらされると期待されます。

【関連ウェブサイト】
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（JAXA）・X 線天文衛星 「ASTRO-H」 特設サイト
http://fanfun.jaxa.jp/countdown/astro_h/
・X 線天文衛星 「ASTRO-H」 プロジェクトサイト
http://astro-h.isas.jaxa.jp/
http://www.jaxa.jp/projects/sat/astro_h/index_j.html
・次期 X 線天文衛星 「ASTRO-H」 特集サイト
http://www.jaxa.jp/article/special/astro_h/index_j.html

北山 哲 教授
所 属 ：東邦大学理学部物理学科 ／ 宇宙・素粒子教室
専門分野：宇宙物理学 ・ 観測的宇宙論 ・ 銀河・銀河団の形成
http://www.sci.toho-u.ac.jp/ph/lab/particle/kitayama.html【お問い合わせ先】
東邦大学 経営企画部 広報担当
〒274-8510 千葉県船橋市三山２－２－１
TEL/FAX：０４７－４９４－８５７１

森上 需
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東邦大学サイエンスインタープリテーション：ダークマター（3 / 3）