簡単に言えば、ダークマターは宇宙の大部分を構成すると考えられているだけでなく、銀河が構築される足場としての役割も果たしています。しかし、この神秘的で目に見えない質量の証拠を見つけるために、科学者はブラックホールの研究に使用されているものと同様の間接的な方法に頼らざるを得ません。基本的に、彼らはダークマターの存在がその周辺の星や銀河にどのように影響するかを測定します。
今日まで、天文学者は中型および大型の銀河の周りの暗黒物質の塊の証拠を何とか見つけてきました。からのデータの使用 ハッブル宇宙望遠鏡 そして、新しい観測手法であるUCLAとNASA JPLの天文学者のチームは、暗黒物質が以前考えられていたよりもはるかに小さな塊を形成できることを発見しました。これらの調査結果は今週、アメリカ天文学会（AAS）の第235回会議で発表されました。
ダークマターについて最も広く受け入れられている理論では、バリオン（通常の物質または「発光」物質）と同じもの（陽子、中性子、および電子）で構成されていないとしています。代わりに、Dark Matterは、重力を介してのみ通常の物質と相互作用するある種の未知の素粒子で構成されていると理論化されています。その他は、電磁力、強力、および弱い核力です。
広く受け入れられている別の理論では、ダークマターは他のタイプの粒子と比較してゆっくりと移動するため、凝集しやすいとされています。この考えに従って、宇宙は、小さなものから大きなものまで、広範囲の暗黒物質濃度を含むべきです。しかし、これまでのところ、低濃度は確認されていません。
ハッブルのワイドフィールドカメラ3（WFC3）によって取得されたデータを使用して、研究チームは、遠くにある8つの銀河（別名：クエーサー）の明るい核からの光を測定して、移動中にどのように影響を受けるかを確認することにより、これらの小さな塊の証拠を見つけようとしました空間を通して。この手法は、遠方の銀河や星団、さらには太陽系外惑星まで研究するために天文学者が一般的に採用しているもので、重力レンズ効果として知られています。
アインシュタインの一般相対性理論によって最初に予測されたこの技法は、大きな宇宙物体の重力に依存して、より遠くの物体からの光をゆがめて拡大します。観測チームのメンバーであるUCLAのダニエルギルマンは、このようにプロセスを説明しました。
「これらの8つの銀河のそれぞれが巨大な拡大鏡であると想像してください。小さな暗黒物質の塊は拡大鏡の小さな亀裂として機能し、ガラスが滑らかである場合に予想されるものと比較して、4つのクエーサー画像の明るさと位置を変更します。」
期待通り、 ハッブル これらの8つのクエーサーからの光は、望遠鏡の視線に沿って、および前景のレンズ銀河の内部と周囲に小さな塊が存在することと一致するレンズ効果の影響を受けていることが画像からわかりました。 8つのクエーサーと銀河が非常に正確に整列しているため、ワーピング効果によって各クエーサーの4つの歪んだ画像が生成されました。
精巧なコンピューティングプログラムと集中的な再構成技術を使用して、チームは歪みのレベルを、ダークマターの影響なしにクエーサーがどのように表示されるかを予測して比較しました。これらの測定値は、暗黒物質濃度の質量を計算するためにも使用されました。これは、それらが天の川の暗黒物質ハローの質量の1 / 10,000〜1 / 100,000倍であることを示しています。
低い濃度が観測されたのは初めてであることに加えて、チームの結果は、「冷たい暗黒物質」理論の基本的な予測の1つを裏付けています。この理論は、ダークマターは動きが遅い（または「冷たい」）ため、小さな濃度から天の川の質量の数倍の途方もない濃度までの範囲の構造を形成できると仮定しています。
この理論はまた、宇宙のすべての銀河が「ハロー」として知られるダークマターの雲の中で形成され、その中に埋め込まれるようになったとも述べています。小規模な塊の証拠の代わりに、一部の研究者は、ダークマターが実際には「温かい」、つまり動きが速いため、速すぎて小さい濃度を形成できない可能性があることを示唆しています。
ただし、新しい観測結果は、コールドダークマターの理論とそれがサポートする宇宙論的モデル（ラムダコールドダークマター（？CDM）モデル）が正しいことを証明します。チームメンバーとして、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）のTommaso Treu教授は、これらの最新の ハッブル 観察は暗黒物質の性質とそれがどのように振る舞うかについての新しい洞察をもたらします。
「私たちは冷たい暗黒物質モデルに対して非常に説得力のある観察テストを行いました。それは飛行色で合格します」と彼は言った。 「約30年の運用後、ハッブルが望遠鏡の発売時に夢にも思わなかった基本的な物理学と宇宙の性質についての最先端の見解を可能にしたことは驚くべきことです。」
NASAジェット推進研究所の研究者であるAnna Nierenbergは、 ハッブル 調査、さらに説明：
星のない暗黒物質の濃度を求めることは困難であることが証明されています。しかし、ハッブルの研究チームは、暗黒物質のトレーサーとしての星の重力の影響を探す必要がない手法を使用しました。チームは、クエーサー（大量の光を放出するアクティブなブラックホールの周囲の領域）と呼ばれる、8つの強力で遠方の宇宙の「街灯」をターゲットにしました。天文学者は、クエーサーの各ブラックホールを周回する酸素とネオンガスによって放出される光が、拡大レンズとして機能する巨大な前景銀河の重力によってどのように歪曲されるかを測定しました。
研究で検出された小さな構造の数は、暗黒物質粒子の性質がより多くの手がかりを提供します。これは、それらの特性が塊の形成数に影響するためです。しかし、Dark Matterを構成する粒子の種類は、当面は謎のままです。幸いなことに、近い将来に次世代の宇宙望遠鏡が配備されることは、その点で役立つと期待されています。
これらには、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）と広視野赤外線観測望遠鏡（WFIRST）が含まれます。どちらも、この10年で上昇する予定の赤外線観測所です。これらの望遠鏡は、高度な光学系、分光計、広い視野、高解像度を備えており、巨大な銀河、銀河団、およびそれぞれのハローの影響を受けた空間の全領域を観測できます。
これは、天文学者がダークマターの本質とその構成粒子がどのように見えるかを決定するのに役立つはずです。同時に、天文学者はこれらの同じ装置を使用して、現在は間接的にしか研究できないもう1つの大きな宇宙論の謎であるダークエネルギーについてさらに学ぶことを計画しています。わくわくする時代が待ち受けています！
