どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。
今回は「ダークマター・ダークエネルギーって何？」というテーマで動画をお送りしていきます。
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宇宙に興味をお持ちの方であれば、ダークマターやダークエネルギーという言葉自体は聞いたことがあるかもしれません。
宇宙を占める割合として、ダークエネルギーが約70%、ダークマターが約25％、人間が知っている物質はたったの5％でしかないとも言われています。
それだけ宇宙においてダークマターやダークエネルギーは重要な役割を担っていそうですが、今回はそれらについて解説していきたいと思います！
ダークマターって何？
私達の太陽系も、地球の夜空に輝く肉眼で見える恒星全ても、天の川銀河の中に属しています。
天の川銀河は2500億個もの恒星が集まった恒星の大集団です。
こんな恒星の大集団である銀河は、観測可能な宇宙の中に実に2兆個もあると言われています！
宇宙を語る上で銀河は絶対に欠かせない重大な構成要因です。
ダークマターは、そんな銀河と深くかかわりがあります！
銀河は、実はそもそもなぜ存在できるのかわかっていません。
銀河の星々は銀河核の周囲を公転していますが、その回転速度が明らかに速すぎるんですね。
目に見える物質の質量から重力を計算すると、今の回転速度では銀河の形状を維持できず吹っ飛んでしまいます。
さらに本来であれば銀河の中心部から遠い恒星ほど公転速度が遅くなるはずですが、一定以上離れるとどの星も同じ速度になっています。
太陽系のような恒星系だととても考えられない現象ですね！
そこで出てきた考え方が、「ダークマター」というものです。
ダークマターは「知覚できないが質量は持つ物質」のことで、人類が存在を知覚できる通常の物質の5-6倍程度の質量を持っていると考えると、銀河の回転速度が説明できるそうです。
さらにダークマターは銀河の中心部だけではなく満遍なく存在していると考えられています。
その場合、中心部から一定距離以上離れると回転速度が変わらない現象を説明できます！
そしてさらに銀河や銀河団などより大きな構造を見ても、ダークマターが含まれている前提の重力的な運動をしていることが明らかになっています！
このようにダークマターは銀河の構造や運動の謎を上手く説明するつじつま合わせのために考えられた仮説上の物質ですが、観測技術が進歩した今、ダークマターの存在を疑う科学者は少数派でしょう。
ダークマターの正体の候補は？
ダークマターの正体は現状全く分かっていませんが、その候補であればいくつか挙げられてはいます。
例えばブラックホールなんかも候補の一つとして挙げられることがあります！
ブラックホールはそれ単体では光を発さないので、地球から観測できないだけで宇宙空間には大量の未知のブラックホールが存在する可能性もあります。
それ以外にも中性子星や白色矮星、褐色矮星、通常の惑星も暗く地球からでは観測しにくいので、候補の一つとしては数えることができます。
ですがこれらはどれも「人間がすでに存在を確認もしくは予想できている物質の5－6倍もの質量を占めるほど大量に存在する」とは考えにくく、あまり有力ではありません。
それ以外にも素粒子ニュートリノや、人類が未知の素粒子がダークマターの正体の候補として挙げられますが、どれも確証には至っていません！
ダークエネルギーって何？
ダークマターも謎が深いですが、ダークエネルギーはさらに謎が深いです。
ダークエネルギーとは、宇宙の加速膨張の原因になっていると考えられている未知のエネルギーのことです。
ではどのようにして宇宙は加速膨張していると判明したのでしょうか？
現在は人類の観測技術が大きく進歩し、地球から100億光年以上も離れた超遠方の天体まで観測できるようになりました。
遠方の天体との距離でよく使われているのが、「Ia型超新星爆発」という現象です。
Ia型超新星爆発は、恒星と連星を成す白色矮星という高密度天体がその強大な重力で恒星からガスを奪い取り、白色矮星の質量が太陽の1.4倍を超えると起こる爆発です。
Ia型超新星爆発はエネルギーが非常に強く、起こると一つの銀河全体に匹敵するほど明るくなることもあり、地球から超遠方で起きても観測することができます。
そして何よりIa型超新星爆発は発生条件が「白色矮星が太陽の1.4倍以上の質量になる事」でどこでも同じため、その威力はほぼ一定であると言われています。
なので地球から見た爆発の明るさで、その爆発が起きた天体の地球からの大体の距離がわかるんですね！
Credit:coolcosmos
そして地球から何億光年も離れた天体から放たれた光は、膨張する宇宙空間を何億年も旅することで波長が伸びます。
これは「赤方偏移」と呼ばれる現象です。
つまりIa型超新星爆発を観測すれば、その発生源の地球からの距離がわかり、そしてその光の赤方偏移を調べることでその距離離れた宇宙空間がどれくらいの速度で地球から後退しているかもわかるというわけです。
こうして地球からの距離ごとの後退速度を調べることで、宇宙が加速膨張していることが明らかになりました！
Ia型超新星爆発以外の現象を用いた観測でも似た結果が得られているため、加速膨張はほぼ確実視されています。
Credit:NASA/WMAP Science Team
ですが宇宙は誕生直後インフレーションによって想像を絶する速度で膨張した後、一度膨張が減速しているとも考えられています。
実際宇宙には中にある物質からの万有引力によって収縮する力が働いているはずです。
では一体なぜ宇宙は一度減速した後、再び重力に逆らって加速膨張するようになったのでしょうか？
この奇妙な現象を説明するために導入されたものがダークエネルギーという仮説上のエネルギーです。
ダークエネルギーという重力とは逆の作用を起こす膨大なエネルギーが存在していたとしたら、宇宙全体が重力に逆らって膨張するという現象にも説明がつくというわけですね。
なのでダークエネルギーもダークマター同様、奇妙な現象を説明するために設けられた仮説上のエネルギーということになります！
この加速膨張を説明するためには、宇宙全体のエネルギーのうち約70%がダークエネルギーである必要があるそうです。
残り25％がダークマターで、人間が知る物質は5％でしかありません。
いかに人類が宇宙のほとんどをまだ解明できていないのかというのがわかると思います！
結論：ダークエネルギーってなんかかっこいいよね
