質問: 宇宙全体のうち74%がダークエネルギー、22%がダークマター、4%が通常物質と聞きました。 銀河団の質量をその周辺の天体の運動から推定し、輝度と数から比較して質量欠損がみられたのでそれは通常物質ではなく、ダークマターと言われるようになったと聞いています。 褐色矮星や恒星の周囲を回っていない惑星やブラックホールは地球までほとんど光が届かないと思うのですがダークマターがそのようなもの(通常の物質だが単に暗くて見えないだけ)でないというのはどうしてわかるのでしょうか?
回答: 以下のとおりお答えします。 >銀河団の質量をその周辺の天体の運動から推定し、輝度と数から比較して質量欠損がみられたのでそれは通常物質ではなく、ダークマターと言われるようになったと聞いています。 ⇒確かにそのとおりで、「銀河団の質量をその周辺の天体の運動から推定」されます。つまり、その算出の基準は回転速度ですね。例えば、我々の天の川銀河は直径10万光年くらいで、太陽系は天の川銀河中心から2万数千光年の位置にあって、銀河中心の周りを1億数千万年で1周するそうです。通常、天体の運動は外側ほど遅くなるはずですが、銀河の回転運動の場合、外側も同じような速度で動いていることが分かっています。ということはつまり、それに見合うだけの質量がそこになければ説明がつかなくなるわけですよね。この現象は、天の川銀河やアンドロメダ銀河のような、いわゆる楕円銀河に典型的にみられるものですが、それにしてもこの宇宙には2千億個もの銀河があるそうですので、それを合計した銀河周辺の暗黒物質の量は大変なものです。 >褐色矮星や恒星の周囲を回っていない惑星やブラックホールは地球までほとんど光が届かないと思うのですがダークマターがそのようなもの(通常の物質だが単に暗くて見えないだけ)でないというのはどうしてわかるのでしょうか? ⇒これもそのとおりで、次のようなことが考えられます。 (1)ブラックホール・中性子星・白色矮星・褐色矮星なども暗黒物質の大きな構成要素です。これらは、(見えないところからの)エネルギー放射を計測してその存在を推定するわけです。具体的な観測要素は、可視光より上の(つまり、波長の短い)紫外線・X線・ガンマ線などの高エネルギー放射です。 (2)恒星周囲の惑星や暗いガス雲なども暗黒物質の1つの構成要素です。この場合はおもにその近くの見える恒星の回転運動や輝度に現れる微弱な乱れなどなどからその存在を推定します。現在、この方法でかなりたくさんの惑星が見つかっていますね。暗いガス雲の中には、熱を持たない冷たい暗黒物質(アキシオンなど)を想定する学者もいるようです。 (3)かつてニュートリノは質量を持たないとされていましたが、日本のカミオカンデで、ごく僅かながらも質量を持つことが確認され(ノーベル賞を受賞)しましたね。この宇宙に飛び交っているニュートリノを「宇宙ニュートリノ」と言います。1個1個のニュートリノが持つ質量が微量でも、その数が物を言います。なにしろ、この宇宙ニュートリノはフォトン(光子)の数に匹敵するだけあるそうですから、それを合計したら、おそらく上の(1)(2)をはるかにしのぐ割合を占めるのではないでしょうか。 以上、暗黒物質の候補として、銀河周辺の回転天体、ブラックホール・中性子星・白色矮星・褐色矮星、恒星周囲の惑星や暗いガス雲、超新星バースト由来のものを含めた宇宙ニュートリノ等を挙げ、その存在確認の方法などを述べました。