宇宙を水槽に例えると、暗黒物質は水槽の中の水です。では、暗黒物質の本質は何でしょうか?

透明な水の水槽では、魚、造園、水草などすべてが見え、見えないのは水だけです。

これは非常に興味深いことです。水槽のいたるところに水があるのですが、私たちにはそれが見えません。宇宙をこの水槽に例えると、暗黒物質はその中の水です。暗黒物質とは何ですか?私たちの宇宙は物質で構成されていますが、ここで言う「物質」は私たちが観測できる物質だけを指すのではありません。また、別の種類の目に見えない物質、つまり暗黒物質も含まれる可能性があります。さらに、総量で見ると、暗黒物質は物質よりもはるかに多いと考えられます。

「ダークマター」という名前はまさに適切だと言えるでしょう。

物質が目に見える理由は、光を反射できるからです。暗黒物質の特徴は、それ自体は光を発せず、光を吸収したり反射したりすることができないため、完全に目に見えないことです。そこで疑問なのは、暗黒物質は完全に目に見えないので、その存在をどうやって確認できるのか、ということです。暗黒物質の存在を確認するには、主に物質間の重力に依存します。質量を持つ物質はすべて相互に重力を持ち、暗黒物質も例外ではありません。したがって、暗黒物質の広範な存在は、必然的に天体、さらには銀河の挙動に影響を与えることになります。

科学者が観測した多くの天体や銀河の動きは、予測結果とは異なっていますが、その理由は、重力の影響を生み出す目に見えない物質が存在するためだと考えられます。

もちろん、これは単なる推測ですが、では暗黒物質の存在をどうやって確認できるのでしょうか?暗黒物質の存在を確認するためには、暗黒物質が何であるかを解明し、つまり暗黒物質の本質を解明しなければなりません。科学者は一般的に、暗黒物質は何らかの未知の素粒子であると信じています。この点については異論はない。この素粒子が何であるかについては、暗黒物質粒子の検出がこれまですべて失敗に終わっているため、まだ誰も知りません。

現在、暗黒物質の性質については主に 2 つの推測があります。 1 つは、暗黒物質は弱い相互作用をする質量の大きい粒子であるという説であり、もう 1 つは、暗黒物質粒子は「アクシオン」と呼ばれる仮想の粒子であるという説です。

これら2つの推測には大きな違いがあります。前者は、暗黒物質粒子は重力によってのみ相互作用できる一種の巨大な素粒子であり、その質量は陽子の少なくとも10倍であると考えています。後者は、アクシオンは非常に軽い素粒子であり、既知の最も軽い素粒子よりもはるかに軽く、波の形で空間を伝播すると考えています。

長い間、どちらの仮説が優れているかは判断できませんでしたが、最近の研究により、アクシオン仮説が有利であることが示されました。

重力の本質は、周囲の時空を曲げる幾何学的効果です。これは銀河のような巨大な物質の周りでは特に顕著です。銀河の周囲には明らかな時空の湾曲があり、これは遠方の銀河の周囲の光を観測することで確認できます。天文学者たちは継続的な観測を通じて、遠くの銀河の周りの時空の曲率がしわになっていることを発見したが、これは偶然にもアクシオン予想に合致する。なぜなら、暗黒物質が弱い相互作用をする巨大な粒子であるならば、銀河の周りの時空の曲率は滑らかであるはずだからです。

香港大学のアルフレッド・アムルース氏と彼の研究チームも同様の天体物理学的証拠を発見した。

アムルース氏と彼のチームは、HS 0810+2554 という番号が付けられた楕円銀河に焦点を当てました。この銀河の光は地球に到達する前に別の銀河を通過するため、重力レンズ効果により像が歪んでしまいます。アムルースは、歪みの度合いをモデル化して計算することで、暗黒物質がアクシオンで構成されている場合、この銀河の光は混沌とした経路に沿って伝播することを発見しました。実際の観測結果はこの結論と一致しており、暗黒物質がアクシオンで構成されていることがさらに確認されました。もちろん、現在の研究は暗黒物質の性質について明確な結論を導き出すには不十分です。暗黒物質の性質を覗き見てその存在を確認するには、まだ長い道のりが残っています。