もし宇宙人が平行した現実から私たちの宇宙を訪れることができたとしたら、私たちの存在にさえ気づかない可能性が高いでしょう。 しかし、それ以上に悪いことがある。宇宙人は、すべての星とその周りを回る惑星にさえ気づかないかもしれないのだ。 宇宙を漂う広大な塵の雲さえも見逃してしまうかもしれません。

これらの見慣れたものはすべて、私たちの宇宙の物質のほんの一部に過ぎないのです。

より良い名前を求めて、物理学者はこの物質を「暗黒物質」と呼んでいます。 もしこれがなかったら、銀河はバラバラに飛んでいってしまうでしょう。

自分の体から、今立っている惑星、空の星まで、あなたの周りにあるものはすべて原子でできています。 20世紀初頭に物理学者が原子の構造を理解し始めたとき、私たちは宇宙のすべての物質の基礎を理解しようとしているように思えたのです。

しかし1933年、スイスの天文学者フリッツ・ツヴィッキーが、宇宙の大部分はまったく別のものでできているはずだと主張しはじめました。

これは、自分の力の足し算ができない狂った理論家だった

ズウィッキーが観測した銀河は、自転も速かったので、宇宙の隅々にまで飛び散っているはずだと、イギリスのダラム大学のリチャード・マッシーは言います。 9475>

ズウィッキーは、そこには直接観測できないが、すべてを一つにまとめるのに十分な強い引力があるものがあるに違いないと気づいたのです。 彼は、この未知の物質が「暗黒物質」であると言いました。

当時、彼は変わり者とみなされ、彼の理論は真剣に受け止められませんでした。 「

ツヴィッキーの研究は、1970年代に天文学者ベラ・ルービンが、近くの銀河が正しい方法で回転していないことを発見するまで、ほとんど忘れ去られていた。 惑星が太陽から遠く離れれば離れるほど、重力の保持力は弱くなります。

同じ論理が、銀河の中心を回る星にも適用されるはずです。 しかし、ルービンは、最も遠くにある星も、近くにある星と同じように速く動くことを発見しました。 結局、ツヴィッキーは正しい道を進んでいたのです。

天文学者は現在、暗黒物質が私たちの知る宇宙を作る上で基本的なものであったと考えています。

暗黒物質は風のようなもので、直接見ることはできませんが、そこにあることはわかります。

約140億年前、ビッグバンからまもなく、宇宙は急速に膨張し始め、銀河の集団ができはじめました。

ある意味で暗黒物質は風のようなもので、直接見ることはできないが、そこにあることはわかる。

紛らわしいことに、暗黒物質が宇宙の全物質の約80%を占めていると言われることがあります。 それは、宇宙の30％だけが物質でできていて、そのほとんどが暗黒物質だからです。

1980年代には、暗黒物質に関する最初の確かな証拠が出てきました。

例えば、1981年にハーバード大学のマーク・デイビス率いるチームが、最初の銀河調査の1つを行いました。 彼らは、銀河が一様なパターンで配置されていないことに気づきました。 イギリスのダラム大学のカルロス・フレンクは、「ケーキの上のアイシングのように散らばっているのではない」と言います。 これらは「宇宙の網」として知られる複雑なパターンを作っています。 この網は暗黒物質で結ばれています。

言い換えれば、暗黒物質は、通常の物質がぶら下がっている骨格だと、イギリスのケンブリッジ大学のカロリン・クロフォードは言います。 「暗黒物質が宇宙初期に必要であったことは、私たちも知っています。 そのような物質がクラスター化し、私たちが見ているような構造になることが重要なのです」

これらのクラスターの発見はセンセーションを巻き起こしたと、フレンクは言います。 当時、彼の上司であったデイビスは、なぜ銀河がこのように配置されているのかを解明するよう彼に挑みました。

フレンが探索を始めると、誰かが彼に先を越されたと主張していることがわかりました。 1980年、リュビモフ（VA Lyubimov）率いるロシアのチームが、暗黒物質の説明の可能性を打ち出しました。

私たちは、高温の暗黒物質が存在する宇宙が、現実の宇宙とは似ても似つかないことを発見しました

それはある程度納得のいくものだったのです。 ニュートリノは暗くて幽霊のような粒子で、他のものとほとんど相互作用しません。 研究者たちは、宇宙にあるすべてのニュートリノの質量を合わせたものが、失われた質量を説明できるかもしれないと提案しました。 ニュートリノは「ホットダークマター」、つまり軽いので高速で動くことができる。 フレン氏が高温の暗黒物質でいっぱいの宇宙をシミュレーションしたところ、うまくいかないことがわかりました。

「非常に残念なことに、高温の暗黒物質を含む宇宙は実際の宇宙のようには見えないことがわかりました」とフレン氏は言います。 「それはとても美しいものでしたが、私たちの住む宇宙ではありません。 銀河の巨大な超集団がありましたが、これは存在しないことがわかっていました」

その代わり、暗黒物質は冷たくてゆっくりと動くものでなければなりません。 次のステップは、この冷たい暗黒物質がどこにあるのかを見つけることでした。

私たちはそれを直接見ることはできませんが、暗黒物質は自分たちの存在を示すためにあることをしています。 それは、通過する光を曲げてしまうことです。

私たちは少なくとも、暗黒物質がどこにあるのか、大まかな見当はついています。 この技術を使って、科学者たちは宇宙の暗黒物質の地図を作成しています。

現時点では、ほんの一部しか地図にできていません。 しかし、このようなプロジェクトのチームは、宇宙の8分の1、つまり何百万もの銀河の地図を作るという野心的な目標を掲げています。 その背景には、私たちの銀河系である天の川銀河には、何十億もの星と、おそらく 1,000 億もの惑星が存在していることがあります。 カリフォルニア工科大学のNASAジェット推進研究所のゲーリー・プレゾー氏は、「地球上の大陸の基本的なアイディアはあるが、本当に興味があるのは山や湖の形である」と言っています。 しかし、それが何であるかはまだわかっていません。

いくつかの考えが提唱されていますが、現在最も人気のある提案は、暗黒物質が、理論的には予測されているが検出されていない、新しい種類の粒子でできているというものです。 これは、WIMP: Weakly Interacting Massive Particlesと呼ばれています。

WIMPという言葉は単なるキャッチフレーズで、さまざまな種類の粒子が含まれます。

WIMP はあらゆる意味で弱い、とイギリスのノッティンガム大学の Anne Green 氏は言います。 まず、通常の物質はもちろんのこと、互いにほとんど相互作用しません。 壁にぶつかると手がぶつかるが、WIMPが壁や自分自身にぶつかっても、通常はそのまま通り抜けてしまう」

頭文字の2番目の部分がそれを物語っている。 WIMPは必ずしも大きくないが、多くの質量を持っている。 WIMPという言葉は単なるキャッチフレーズであり、多くの異なるタイプの粒子を含む可能性があると、マッセイ氏は言います。 さらに悪いことに、それらはとても幽霊のようだと言われているため、検出するのは極めて困難です。

この時点で、あなたは不満のあまり腕を投げ出しているかもしれませんね。 最初に目に見えない物質があると決めたのに、今度は検出できない新しい種類の物質でできていると決めたんだ！」と。 バカバカしい”

1983年にさかのぼると、一部の物理学者は暗黒物質がまったく存在しないと主張しています。 その代わり、私たちが知っている重力の法則は間違っているはずで、だから銀河は奇妙な振る舞いをするのです。 この考えはMONDと呼ばれ、「修正ニュートン力学」の略です。

新しい重力理論を発明したい人は、アインシュタインよりも一枚上手にならなければなりません。

「私たちは、宇宙のメリーゴーランドをすべて解釈し、重力がどう働くかを知っていると仮定し、それらがいかに飛び回って重力によって引き回されているかと解釈します」とマッシーは語ります。 「もしかしたら、私たちは重力を勘違いして、証拠を誤って解釈しているのかもしれません」

問題は、MOND支持者が暗黒物質に代わる有効な手段を打ち出していないことだとマッシー氏は言います。 「新しい重力理論を発明したい人は、アインシュタインよりも一歩進んで、彼が説明できたことをすべて説明し、暗黒物質も説明しなければなりません」

2006年にNASAが発表した壮大な画像は、多くの研究者にとって、MONDを永久に打ち消すことになりました。

この画像は、2つの巨大な銀河団が衝突している様子を示しています。中心部にはほとんどの物質がはっきりと見えるので、ここにほとんどの重力が存在すると予想されます。 この画像は、暗黒物質の存在を直接的に証明するものとして歓迎されました。

それが正しければ、私たちは元の場所に戻ってきたことになります。

課題は、何を探しているのかわからないときに暗黒物質を見つけることです。

昔の針の穴を通す問題よりも悪く聞こえるかもしれませんが、実はそれを見つけるには3つの異なる方法があります。 既存の暗黒物質の「地図」を使ってそれがどのように振る舞うかを監視することで、天文学者は時折起こるクラッシュを検出できるかもしれません。

彼らは天の川銀河で、ガンマ線で輝いているように見える領域を見つけました。

暗黒物質の粒子は通常通常の物質を通り抜けています。

このとき、暗黒物質が原子を「蹴って」、プールボールのように反動をつけているのです。 この衝突によって、ガンマ線という非常に高いエネルギーを持つ光が発生するはずです。

「これらの核の反動を探す直接検出実験があります」と、グリーン氏は言います。

2014年に、NASAの強力なフェルミ望遠鏡のデータを使って、研究者はこれらの衝突からガンマ線を検出したと主張しました。 彼らは、私たちの天の川銀河の中に、おそらく暗黒物質からのガンマ線で光っているような領域を発見しました。

そのパターンは理論的なモデルに合致していますが、ガンマ線が本当に暗黒物質によるものかどうかについては、まだ判断がつかない状態です。

通常の物質と衝突するだけでなく、暗黒物質が自分自身にぶつかることもありますが、それを見る方法もあります。

銀河サイズの暗黒物質の雲を掴んで顕微鏡で見ることはできません。 その結果、銀河の中の暗黒物質がすべてまっすぐ通過すると思っていたのに、一部の暗黒物質が速度を落とし、自分の属する銀河の後ろに遅れをとっていたのです。 「もしそうなら、それは、暗黒物質が世界の他の部分をほんの少し気にしているという最初の証拠です」と、マッセイ教授は言います。

そこで、暗黒物質を検出する第2の方法は、まずそれを作り出すことです。

物理学者たちは、スイスのジュネーブにある大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のような粒子加速器を用いて、まさにそれを実現したいと考えています。 この衝突は、陽子を構成要素に分解するのに十分な威力があります。 LHCはその後、この素粒子を研究します。

これらの強力な衝突の間に、WIMPのような新しい粒子が発見される可能性は十分にあると、イギリスのキングス・カレッジ・ロンドンのマルコム・フェアベアンは言います。「WIMPが暗黒物質を構成していて、LHCで発見すれば、宇宙の暗黒物質が何からできているかを調べる良いチャンスになる」と彼は言っています。

しかし、暗黒物質がWIMPのようでなければ、LHCはそれを検出しません。

科学者は、WIMPが通常の物質と衝突するまれな機会を待っています。

もうひとつ難しいことがあります。 LHC で暗黒物質が生成されたとしても、実際には検出器には記録されないでしょう。 このようなことが起こる唯一の方法は、検出器が拾い上げることができない他の何かが動いている場合です。 「もしこれが失敗したら、物理学者たちは、地下深くに潜るという第3の選択肢を手に入れることになります。

古い鉱山や山の中で、科学者たちは、WIMPが通常の物質と衝突するまれな機会を待っています。 「オフィスにも部屋にも、どこにでもあるのです」とフレンクは言います。 「

途中でいくつかの誤報があった

理論的には、これらの衝突によるガンマ線の小さな閃光を発見することができるはずです。

そのため、地下実験では、上の岩がほとんどの放射線をブロックしますが、暗黒物質を通します。

これまでのところ、ほとんどの物理学者は、これらの検出器から納得できる信号をまだ見ていないことに同意しています。 2015年8月に発表された論文では、イタリアのグランサッソ国立研究所にあるXENON100検出器は何も見つけることができなかったと説明しています。

途中、いくつかの誤報もありました。 同じ研究所の別のチームは、別の検出器を使って、彼らのDAMA実験が暗黒物質を検出したと何年も主張してきた。 彼らは何かを発見したようですが、ほとんどの物理学者はそれがWIMPではないと述べています。

これらの検出器のうちの1つ、あるいはLHCは、まだ暗黒物質を見つけることができるかもしれません。

これは、私たちが宇宙を本当に理解するまでに、どれだけ遠くまで行かなければならないかということを謙虚に思い出させます。

「最終的には、私たちが実験室で観測しているものが、銀河の中を飛び回っているものと同じものだと確かめるために、複数の方法で暗黒物質を発見しなければなりません」とフェアバーン氏は語っています。

今のところ、宇宙の大部分は暗黒のままであり、いつまでそうであるのかは不明です。 しかし、グリーンのように、あまり自信のない人もいます。 LHCがすぐに何かを見つけないのであれば、私たちはおそらく間違ったものを探しているのだろうと彼女は言います。 この間、私たちはサンプルを手に入れることも、それが何であるかを突き止めることもできていません。

私たちが宇宙を本当に理解するまでには、まだどれほど時間がかかるかを思い知らされ、身が引き締まる思いです。 宇宙の始まりから地球上の生命の進化まで、私たちはあらゆることを理解できるかもしれません。 しかし、宇宙の大部分はまだブラックボックスであり、その秘密は解き明かされるのを待っている。