私たちの宇宙の大部分は、ありふれた風景の中に隠されています。 私たちはそれを見ることも触れることもできませんが、ほとんどの天文学者は、宇宙の大部分は暗黒物質と暗黒エネルギーで構成されていると言っています。 しかし、私たちを取り囲む、この神秘的で目に見えないものは何なのでしょうか？ また、ダークエネルギーとダークマターの違いは何でしょうか？ つまり、暗黒物質は宇宙の膨張を遅くし、暗黒エネルギーは膨張を速くするのです。

暗黒物質は、私たちの宇宙を一つにまとめる宇宙のセメントのようなもので、引きつける力のように働いています。 暗黒物質は重力と相互作用するが、光を反射したり吸収したり放出したりはしないためである。 一方、暗黒エネルギーは反発する力、つまり反重力のようなもので、宇宙の加速度的な膨張を駆動しています。

ダークエネルギーは、2つの力のうちはるかに支配的で、宇宙の総質量とエネルギーのおよそ68パーセントを占めています。 暗黒物質が27パーセントを占めています。 残りのわずか5パーセントは、私たちが毎日目にし、接している通常の物質です。

Dark Matter

1930年代、スイス生まれの天文学者フリッツ・ツヴィッキーは、コマ星団を構成する約1000個の銀河の画像を研究し、その挙動におかしなものを見付けました。 銀河の動きがあまりにも速く、本来ならバラバラになるはずなのに。 彼は、ある種の「暗黒物質」が銀河を結びつけているのだと推測しました。

それから数十年後、天文学者のベラ・ルービンとケント・フォードは、個々の銀河の自転速度を調べたところ、同じような現象を発見しました。 銀河の外縁にある星は、中心にある星よりも遅く回っているはずです。 太陽系の惑星がそうであるように。 ところが、銀河の外縁部にある星は、中心部にある星と同じかそれ以上の速さで公転していることがわかったのです。 ルービンとフォードは、目に見えない何らかの物質が、明らかに宇宙を結びつけているという証拠をさらに発見したのです。

「周辺部の星でさえ、高速で周回しています」と、ルービンはかつてディスカバー誌のインタビューで説明しています。 「星を高速で周回させるためには、多くの質量が必要ですが、私たちはそれを見ることができないのです。 この目に見えない質量を暗黒物質と呼んでいます」

天文学者は現在、暗黒物質が実在することを示す証拠を他にもたくさん持っています。 実際、暗黒物質の存在は広く受け入れられており、いわゆる宇宙論の標準モデルの一部となっています。 暗黒物質がなければ、私たちがどのようにしてここに来たのかを説明することはできません。

しかし、その高い地位は、暗黒物質が存在し、宇宙のモデルが正しいという決定的な証拠を見つけるよう宇宙論者に圧力をかけています。 何十年もの間、世界中の物理学者たちは、暗黒物質を検出しようと、ますますハイテクな機器を使用してきました。 これまでのところ、彼らはその兆候を発見していません。

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ダーク エネルギー

天文学者は、宇宙が膨張していることを約1世紀にわたって知っています。 望遠鏡による観測では、ほとんどの銀河が互いに遠ざかりつつあり、遠い過去には銀河同士がもっと接近していたことを示唆しています。 その結果、ビッグバンを証明する証拠が積み重なったのです。 しかし、天文学者は、宇宙の星や銀河の重力の組み合わせによって、宇宙の膨張が遅くなっているはずだと考えていました。 もしかしたら、いつかビッグ・クランチが起きて、宇宙は崩壊するかもしれないのです。

しかし、1990年代後半に、2つの天文学者チームが意味不明なことを発見したとき、その考え方は崩れ去りました。 最も遠い銀河の超新星を研究していた研究者たちは、遠くの銀河が近くの銀河よりも速く我々から遠ざかっていることを発見したのです。 宇宙は単に膨張しているだけでなく、膨張が加速していたのです。

「私自身の反応は、驚きと恐怖の間のどこかです」と、2 チームのうちの 1 チームを率いた天文学者の Brian Schmidt は、1998 年に The New York Times に語っています。 「この結果は予想外だったので驚き、そして、私と同じように予想外のことには極めて懐疑的な大多数の天文学者によって、おそらく信じられなくなるであろうことを知る恐怖です」

しかし、反論するよりも、その後の観測によって、ダークエネルギーの証拠がより強固になっただけです。 実際、暗黒物質に対する著名な批判者の中には、いまだに暗黒エネルギーの存在を受け入れている人もいます。

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さて、だからといって、研究者がダークエネルギーが何であるかを知っているわけではありません。 そうではありません。 しかし、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論のおかげで、宇宙におけるその役割を説明することができます。 アインシュタインはダークエネルギーについて知りませんでしたが、彼の方程式は新しい空間が存在しうることを示唆していました。 また、アインシュタインは相対性理論に宇宙定数というごまかしの要素を加えましたが、これは宇宙が内側へ崩壊しないようにするためで、後に後悔しています。 この考え方により、宇宙そのものがエネルギーを持つことができるようになった。 しかし、科学者たちはまだこの力を地球上で実際に見たことがないのです。

一部の理論物理学者は、粒子と力の暗黒領域全体がそこにあり、発見されるのを待っていると考えています。 ダークエネルギーとダークマターが何でできているにせよ、それらは私たちの宇宙と綱引きをしているようです – 一緒に保持したり引き離したりしています。